Modified doc string to say that the kill-compilation function also
[emacs.git] / man / calc.texi
blob485a05ac359276b3db981cdb31927c44913ebfd0
1 \input texinfo                  @c -*-texinfo-*-
2 @comment %**start of header (This is for running Texinfo on a region.)
3 @c smallbook
4 @setfilename ../info/calc
5 @c [title]
6 @settitle GNU Emacs Calc 2.02g Manual
7 @setchapternewpage odd
8 @dircategory Emacs
9 @direntry
10 * Calc: (calc).         Advanced desk calculator and mathematical tool.
11 @end direntry
12 @comment %**end of header (This is for running Texinfo on a region.)
14 @tex
15 % Some special kludges to make TeX formatting prettier.
16 % Because makeinfo.c exists, we can't just define new commands.
17 % So instead, we take over little-used existing commands.
19 % Suggested by Karl Berry <karl@@freefriends.org>
20 \gdef\!{\mskip-\thinmuskip}
21 % Redefine @cite{text} to act like $text$ in regular TeX.
22 % Info will typeset this same as @samp{text}.
23 \gdef\goodtex{\tex \let\rm\goodrm \let\t\ttfont \turnoffactive}
24 \gdef\goodrm{\fam0\tenrm}
25 \gdef\cite{\goodtex$\citexxx}
26 \gdef\citexxx#1{#1$\Etex}
27 \global\let\oldxrefX=\xrefX
28 \gdef\xrefX[#1]{\begingroup\let\cite=\dfn\oldxrefX[#1]\endgroup}
30 % Redefine @c{tex-stuff} \n @whatever{info-stuff}.
31 \gdef\c{\futurelet\next\mycxxx}
32 \gdef\mycxxx{%
33   \ifx\next\bgroup \goodtex\let\next\mycxxy
34   \else\ifx\next\mindex \let\next\relax
35   \else\ifx\next\kindex \let\next\relax
36   \else\ifx\next\starindex \let\next\relax \else \let\next\comment
37   \fi\fi\fi\fi \next
39 \gdef\mycxxy#1#2{#1\Etex\mycxxz}
40 \gdef\mycxxz#1{}
41 @end tex
43 @c Fix some other things specifically for this manual.
44 @iftex
45 @finalout
46 @mathcode`@:=`@:  @c Make Calc fractions come out right in math mode
47 @tex
48 \gdef\coloneq{\mathrel{\mathord:\mathord=}}
50 \gdef\beforedisplay{\vskip-10pt}
51 \gdef\afterdisplay{\vskip-5pt}
52 \gdef\beforedisplayh{\vskip-25pt}
53 \gdef\afterdisplayh{\vskip-10pt}
54 @end tex
55 @newdimen@kyvpos @kyvpos=0pt
56 @newdimen@kyhpos @kyhpos=0pt
57 @newcount@calcclubpenalty @calcclubpenalty=1000
58 @ignore
59 @newcount@calcpageno
60 @newtoks@calcoldeverypar @calcoldeverypar=@everypar
61 @everypar={@calceverypar@the@calcoldeverypar}
62 @ifx@turnoffactive@undefinedzzz@def@turnoffactive{}@fi
63 @ifx@ninett@undefinedzzz@font@ninett=cmtt9@fi
64 @catcode`@\=0 \catcode`\@=11
65 \r@ggedbottomtrue
66 \catcode`\@=0 @catcode`@\=@active
67 @end ignore
68 @end iftex
70 @ifnottex
71 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator.
73 Copyright (C) 1990, 1991, 2001, 2002 Free Software Foundation, Inc.
75 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
76 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.1 or
77 any later version published by the Free Software Foundation; with the
78 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
79 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
80 Texts as in (a) below.
82 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have freedom to copy and modify
83 this GNU Manual, like GNU software.  Copies published by the Free
84 Software Foundation raise funds for GNU development.''
85 @end ifnottex
87 @titlepage
88 @sp 6
89 @center @titlefont{Calc Manual}
90 @sp 4
91 @center GNU Emacs Calc Version 2.02g
92 @c [volume]
93 @sp 1
94 @center January 2002
95 @sp 5
96 @center Dave Gillespie
97 @center daveg@@synaptics.com
98 @page
100 @vskip 0pt plus 1filll
101 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002 Free Software Foundation, Inc.
103 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
104 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.1 or
105 any later version published by the Free Software Foundation; with the
106 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
107 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
108 Texts as in (a) below.
110 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have freedom to copy and modify
111 this GNU Manual, like GNU software.  Copies published by the Free
112 Software Foundation raise funds for GNU development.''
113 @end titlepage
115 @c [begin]
116 @ifinfo
117 @node Top, , (dir), (dir)
118 @chapter The GNU Emacs Calculator
120 @noindent
121 @dfn{Calc} is an advanced desk calculator and mathematical tool
122 that runs as part of the GNU Emacs environment.
124 This manual is divided into three major parts: ``Getting Started,''
125 the ``Calc Tutorial,'' and the ``Calc Reference.''  The Tutorial
126 introduces all the major aspects of Calculator use in an easy,
127 hands-on way.  The remainder of the manual is a complete reference to
128 the features of the Calculator.
130 For help in the Emacs Info system (which you are using to read this
131 file), type @kbd{?}.  (You can also type @kbd{h} to run through a
132 longer Info tutorial.)
134 @end ifinfo
135 @menu
136 * Copying::               How you can copy and share Calc.
138 * Getting Started::       General description and overview.
139 * Interactive Tutorial::
140 * Tutorial::              A step-by-step introduction for beginners.
142 * Introduction::          Introduction to the Calc reference manual.
143 * Data Types::            Types of objects manipulated by Calc.
144 * Stack and Trail::       Manipulating the stack and trail buffers.
145 * Mode Settings::         Adjusting display format and other modes.
146 * Arithmetic::            Basic arithmetic functions.
147 * Scientific Functions::  Transcendentals and other scientific functions.
148 * Matrix Functions::      Operations on vectors and matrices.
149 * Algebra::               Manipulating expressions algebraically.
150 * Units::                 Operations on numbers with units.
151 * Store and Recall::      Storing and recalling variables.
152 * Graphics::              Commands for making graphs of data.
153 * Kill and Yank::         Moving data into and out of Calc.
154 * Embedded Mode::         Working with formulas embedded in a file.
155 * Programming::           Calc as a programmable calculator.
157 * Installation::          Installing Calc as a part of GNU Emacs.
158 * Reporting Bugs::        How to report bugs and make suggestions.
160 * Summary::               Summary of Calc commands and functions.
162 * Key Index::             The standard Calc key sequences.
163 * Command Index::         The interactive Calc commands.
164 * Function Index::        Functions (in algebraic formulas).
165 * Concept Index::         General concepts.
166 * Variable Index::        Variables used by Calc (both user and internal).
167 * Lisp Function Index::   Internal Lisp math functions.
168 @end menu
170 @node Copying, Getting Started, Top, Top
171 @unnumbered GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
172 @center Version 1, February 1989
174 @display
175 Copyright @copyright{} 1989 Free Software Foundation, Inc.
176 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA
178 Everyone is permitted to copy and distribute verbatim copies
179 of this license document, but changing it is not allowed.
180 @end display
182 @unnumberedsec Preamble
184   The license agreements of most software companies try to keep users
185 at the mercy of those companies.  By contrast, our General Public
186 License is intended to guarantee your freedom to share and change free
187 software---to make sure the software is free for all its users.  The
188 General Public License applies to the Free Software Foundation's
189 software and to any other program whose authors commit to using it.
190 You can use it for your programs, too.
192   When we speak of free software, we are referring to freedom, not
193 price.  Specifically, the General Public License is designed to make
194 sure that you have the freedom to give away or sell copies of free
195 software, that you receive source code or can get it if you want it,
196 that you can change the software or use pieces of it in new free
197 programs; and that you know you can do these things.
199   To protect your rights, we need to make restrictions that forbid
200 anyone to deny you these rights or to ask you to surrender the rights.
201 These restrictions translate to certain responsibilities for you if you
202 distribute copies of the software, or if you modify it.
204   For example, if you distribute copies of a such a program, whether
205 gratis or for a fee, you must give the recipients all the rights that
206 you have.  You must make sure that they, too, receive or can get the
207 source code.  And you must tell them their rights.
209   We protect your rights with two steps: (1) copyright the software, and
210 (2) offer you this license which gives you legal permission to copy,
211 distribute and/or modify the software.
213   Also, for each author's protection and ours, we want to make certain
214 that everyone understands that there is no warranty for this free
215 software.  If the software is modified by someone else and passed on, we
216 want its recipients to know that what they have is not the original, so
217 that any problems introduced by others will not reflect on the original
218 authors' reputations.
220   The precise terms and conditions for copying, distribution and
221 modification follow.
223 @iftex
224 @unnumberedsec TERMS AND CONDITIONS
225 @end iftex
226 @ifinfo
227 @center TERMS AND CONDITIONS
228 @end ifinfo
230 @enumerate
231 @item
232 This License Agreement applies to any program or other work which
233 contains a notice placed by the copyright holder saying it may be
234 distributed under the terms of this General Public License.  The
235 ``Program'', below, refers to any such program or work, and a ``work based
236 on the Program'' means either the Program or any work containing the
237 Program or a portion of it, either verbatim or with modifications.  Each
238 licensee is addressed as ``you''.
240 @item
241 You may copy and distribute verbatim copies of the Program's source
242 code as you receive it, in any medium, provided that you conspicuously and
243 appropriately publish on each copy an appropriate copyright notice and
244 disclaimer of warranty; keep intact all the notices that refer to this
245 General Public License and to the absence of any warranty; and give any
246 other recipients of the Program a copy of this General Public License
247 along with the Program.  You may charge a fee for the physical act of
248 transferring a copy.
250 @item
251 You may modify your copy or copies of the Program or any portion of
252 it, and copy and distribute such modifications under the terms of Paragraph
253 1 above, provided that you also do the following:
255 @itemize @bullet
256 @item
257 cause the modified files to carry prominent notices stating that
258 you changed the files and the date of any change; and
260 @item
261 cause the whole of any work that you distribute or publish, that
262 in whole or in part contains the Program or any part thereof, either
263 with or without modifications, to be licensed at no charge to all
264 third parties under the terms of this General Public License (except
265 that you may choose to grant warranty protection to some or all
266 third parties, at your option).
268 @item
269 If the modified program normally reads commands interactively when
270 run, you must cause it, when started running for such interactive use
271 in the simplest and most usual way, to print or display an
272 announcement including an appropriate copyright notice and a notice
273 that there is no warranty (or else, saying that you provide a
274 warranty) and that users may redistribute the program under these
275 conditions, and telling the user how to view a copy of this General
276 Public License.
278 @item
279 You may charge a fee for the physical act of transferring a
280 copy, and you may at your option offer warranty protection in
281 exchange for a fee.
282 @end itemize
284 Mere aggregation of another independent work with the Program (or its
285 derivative) on a volume of a storage or distribution medium does not bring
286 the other work under the scope of these terms.
288 @item
289 You may copy and distribute the Program (or a portion or derivative of
290 it, under Paragraph 2) in object code or executable form under the terms of
291 Paragraphs 1 and 2 above provided that you also do one of the following:
293 @itemize @bullet
294 @item
295 accompany it with the complete corresponding machine-readable
296 source code, which must be distributed under the terms of
297 Paragraphs 1 and 2 above; or,
299 @item
300 accompany it with a written offer, valid for at least three
301 years, to give any third party free (except for a nominal charge
302 for the cost of distribution) a complete machine-readable copy of the
303 corresponding source code, to be distributed under the terms of
304 Paragraphs 1 and 2 above; or,
306 @item
307 accompany it with the information you received as to where the
308 corresponding source code may be obtained.  (This alternative is
309 allowed only for noncommercial distribution and only if you
310 received the program in object code or executable form alone.)
311 @end itemize
313 Source code for a work means the preferred form of the work for making
314 modifications to it.  For an executable file, complete source code means
315 all the source code for all modules it contains; but, as a special
316 exception, it need not include source code for modules which are standard
317 libraries that accompany the operating system on which the executable
318 file runs, or for standard header files or definitions files that
319 accompany that operating system.
321 @item
322 You may not copy, modify, sublicense, distribute or transfer the
323 Program except as expressly provided under this General Public License.
324 Any attempt otherwise to copy, modify, sublicense, distribute or transfer
325 the Program is void, and will automatically terminate your rights to use
326 the Program under this License.  However, parties who have received
327 copies, or rights to use copies, from you under this General Public
328 License will not have their licenses terminated so long as such parties
329 remain in full compliance.
331 @item
332 By copying, distributing or modifying the Program (or any work based
333 on the Program) you indicate your acceptance of this license to do so,
334 and all its terms and conditions.
336 @item
337 Each time you redistribute the Program (or any work based on the
338 Program), the recipient automatically receives a license from the original
339 licensor to copy, distribute or modify the Program subject to these
340 terms and conditions.  You may not impose any further restrictions on the
341 recipients' exercise of the rights granted herein.
343 @item
344 The Free Software Foundation may publish revised and/or new versions
345 of the General Public License from time to time.  Such new versions will
346 be similar in spirit to the present version, but may differ in detail to
347 address new problems or concerns.
349 Each version is given a distinguishing version number.  If the Program
350 specifies a version number of the license which applies to it and ``any
351 later version'', you have the option of following the terms and conditions
352 either of that version or of any later version published by the Free
353 Software Foundation.  If the Program does not specify a version number of
354 the license, you may choose any version ever published by the Free Software
355 Foundation.
357 @item
358 If you wish to incorporate parts of the Program into other free
359 programs whose distribution conditions are different, write to the author
360 to ask for permission.  For software which is copyrighted by the Free
361 Software Foundation, write to the Free Software Foundation; we sometimes
362 make exceptions for this.  Our decision will be guided by the two goals
363 of preserving the free status of all derivatives of our free software and
364 of promoting the sharing and reuse of software generally.
366 @iftex
367 @heading NO WARRANTY
368 @end iftex
369 @ifinfo
370 @center NO WARRANTY
371 @end ifinfo
373 @item
374 BECAUSE THE PROGRAM IS LICENSED FREE OF CHARGE, THERE IS NO WARRANTY
375 FOR THE PROGRAM, TO THE EXTENT PERMITTED BY APPLICABLE LAW.  EXCEPT WHEN
376 OTHERWISE STATED IN WRITING THE COPYRIGHT HOLDERS AND/OR OTHER PARTIES
377 PROVIDE THE PROGRAM ``AS IS'' WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EITHER EXPRESSED
378 OR IMPLIED, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
379 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  THE ENTIRE RISK AS
380 TO THE QUALITY AND PERFORMANCE OF THE PROGRAM IS WITH YOU.  SHOULD THE
381 PROGRAM PROVE DEFECTIVE, YOU ASSUME THE COST OF ALL NECESSARY SERVICING,
382 REPAIR OR CORRECTION.
384 @item
385 IN NO EVENT UNLESS REQUIRED BY APPLICABLE LAW OR AGREED TO IN WRITING WILL
386 ANY COPYRIGHT HOLDER, OR ANY OTHER PARTY WHO MAY MODIFY AND/OR
387 REDISTRIBUTE THE PROGRAM AS PERMITTED ABOVE, BE LIABLE TO YOU FOR DAMAGES,
388 INCLUDING ANY GENERAL, SPECIAL, INCIDENTAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES
389 ARISING OUT OF THE USE OR INABILITY TO USE THE PROGRAM (INCLUDING BUT NOT
390 LIMITED TO LOSS OF DATA OR DATA BEING RENDERED INACCURATE OR LOSSES
391 SUSTAINED BY YOU OR THIRD PARTIES OR A FAILURE OF THE PROGRAM TO OPERATE
392 WITH ANY OTHER PROGRAMS), EVEN IF SUCH HOLDER OR OTHER PARTY HAS BEEN
393 ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES.
394 @end enumerate
396 @node Getting Started, Tutorial, Copying, Top
397 @chapter Getting Started
398 @noindent
399 This chapter provides a general overview of Calc, the GNU Emacs
400 Calculator:  What it is, how to start it and how to exit from it,
401 and what are the various ways that it can be used.
403 @menu
404 * What is Calc::
405 * About This Manual::
406 * Notations Used in This Manual::
407 * Using Calc::
408 * Demonstration of Calc::
409 * History and Acknowledgements::
410 @end menu
412 @node What is Calc, About This Manual, Getting Started, Getting Started
413 @section What is Calc?
415 @noindent
416 @dfn{Calc} is an advanced calculator and mathematical tool that runs as
417 part of the GNU Emacs environment.  Very roughly based on the HP-28/48
418 series of calculators, its many features include:
420 @itemize @bullet
421 @item
422 Choice of algebraic or RPN (stack-based) entry of calculations.
424 @item
425 Arbitrary precision integers and floating-point numbers.
427 @item
428 Arithmetic on rational numbers, complex numbers (rectangular and polar),
429 error forms with standard deviations, open and closed intervals, vectors
430 and matrices, dates and times, infinities, sets, quantities with units,
431 and algebraic formulas.
433 @item
434 Mathematical operations such as logarithms and trigonometric functions.
436 @item
437 Programmer's features (bitwise operations, non-decimal numbers).
439 @item
440 Financial functions such as future value and internal rate of return.
442 @item
443 Number theoretical features such as prime factorization and arithmetic
444 modulo @var{m} for any @var{m}.
446 @item
447 Algebraic manipulation features, including symbolic calculus.
449 @item
450 Moving data to and from regular editing buffers.
452 @item
453 ``Embedded mode'' for manipulating Calc formulas and data directly
454 inside any editing buffer.
456 @item
457 Graphics using GNUPLOT, a versatile (and free) plotting program.
459 @item
460 Easy programming using keyboard macros, algebraic formulas,
461 algebraic rewrite rules, or extended Emacs Lisp.
462 @end itemize
464 Calc tries to include a little something for everyone; as a result it is
465 large and might be intimidating to the first-time user.  If you plan to
466 use Calc only as a traditional desk calculator, all you really need to
467 read is the ``Getting Started'' chapter of this manual and possibly the
468 first few sections of the tutorial.  As you become more comfortable with
469 the program you can learn its additional features.  In terms of efficiency,
470 scope and depth, Calc cannot replace a powerful tool like Mathematica.
471 But Calc has the advantages of convenience, portability, and availability
472 of the source code.  And, of course, it's free!
474 @node About This Manual, Notations Used in This Manual, What is Calc, Getting Started
475 @section About This Manual
477 @noindent
478 This document serves as a complete description of the GNU Emacs
479 Calculator.  It works both as an introduction for novices, and as
480 a reference for experienced users.  While it helps to have some
481 experience with GNU Emacs in order to get the most out of Calc,
482 this manual ought to be readable even if you don't know or use Emacs
483 regularly.
485 @ifinfo
486 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
487 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
488 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
489 @end ifinfo
490 @iftex
491 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
492 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
493 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
494 @c [when-split]
495 @c This manual has been printed in two volumes, the @dfn{Tutorial} and the
496 @c @dfn{Reference}.  Both volumes include a copy of the ``Getting Started''
497 @c chapter.
498 @end iftex
500 If you are in a hurry to use Calc, there is a brief ``demonstration''
501 below which illustrates the major features of Calc in just a couple of
502 pages.  If you don't have time to go through the full tutorial, this
503 will show you everything you need to know to begin.
504 @xref{Demonstration of Calc}.
506 The tutorial chapter walks you through the various parts of Calc
507 with lots of hands-on examples and explanations.  If you are new
508 to Calc and you have some time, try going through at least the
509 beginning of the tutorial.  The tutorial includes about 70 exercises
510 with answers.  These exercises give you some guided practice with
511 Calc, as well as pointing out some interesting and unusual ways
512 to use its features.
514 The reference section discusses Calc in complete depth.  You can read
515 the reference from start to finish if you want to learn every aspect
516 of Calc.  Or, you can look in the table of contents or the Concept
517 Index to find the parts of the manual that discuss the things you
518 need to know.
520 @cindex Marginal notes
521 Every Calc keyboard command is listed in the Calc Summary, and also
522 in the Key Index.  Algebraic functions, @kbd{M-x} commands, and
523 variables also have their own indices.  @c{Each}
524 @asis{In the printed manual, each}
525 paragraph that is referenced in the Key or Function Index is marked
526 in the margin with its index entry.
528 @c [fix-ref Help Commands]
529 You can access this manual on-line at any time within Calc by
530 pressing the @kbd{h i} key sequence.  Outside of the Calc window,
531 you can press @kbd{M-# i} to read the manual on-line.  Also, you
532 can jump directly to the Tutorial by pressing @kbd{h t} or @kbd{M-# t},
533 or to the Summary by pressing @kbd{h s} or @kbd{M-# s}.  Within Calc,
534 you can also go to the part of the manual describing any Calc key,
535 function, or variable using @w{@kbd{h k}}, @kbd{h f}, or @kbd{h v},
536 respectively.  @xref{Help Commands}.
538 Printed copies of this manual are also available from the Free Software
539 Foundation.
541 @node Notations Used in This Manual, Demonstration of Calc, About This Manual, Getting Started
542 @section Notations Used in This Manual
544 @noindent
545 This section describes the various notations that are used
546 throughout the Calc manual.
548 In keystroke sequences, uppercase letters mean you must hold down
549 the shift key while typing the letter.  Keys pressed with Control
550 held down are shown as @kbd{C-x}.  Keys pressed with Meta held down
551 are shown as @kbd{M-x}.  Other notations are @key{RET} for the
552 Return key, @key{SPC} for the space bar, @key{TAB} for the Tab key,
553 @key{DEL} for the Delete key, and @key{LFD} for the Line-Feed key.
555 (If you don't have the @key{LFD} or @key{TAB} keys on your keyboard,
556 the @kbd{C-j} and @kbd{C-i} keys are equivalent to them, respectively.
557 If you don't have a Meta key, look for Alt or Extend Char.  You can
558 also press @key{ESC} or @key{C-[} first to get the same effect, so
559 that @kbd{M-x}, @kbd{@key{ESC} x}, and @kbd{C-[ x} are all equivalent.)
561 Sometimes the @key{RET} key is not shown when it is ``obvious''
562 that you must press @key{RET} to proceed.  For example, the @key{RET}
563 is usually omitted in key sequences like @kbd{M-x calc-keypad @key{RET}}.
565 Commands are generally shown like this:  @kbd{p} (@code{calc-precision})
566 or @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}).  This means that the command is
567 normally used by pressing the @kbd{p} key or @kbd{M-# k} key sequence,
568 but it also has the full-name equivalent shown, e.g., @kbd{M-x calc-precision}.
570 Commands that correspond to functions in algebraic notation
571 are written:  @kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}].  This means
572 the @kbd{C} key is equivalent to @kbd{M-x calc-cos}, and that
573 the corresponding function in an algebraic-style formula would
574 be @samp{cos(@var{x})}.
576 A few commands don't have key equivalents:  @code{calc-sincos}
577 [@code{sincos}].@refill
579 @node Demonstration of Calc, Using Calc, Notations Used in This Manual, Getting Started
580 @section A Demonstration of Calc
582 @noindent
583 @cindex Demonstration of Calc
584 This section will show some typical small problems being solved with
585 Calc.  The focus is more on demonstration than explanation, but
586 everything you see here will be covered more thoroughly in the
587 Tutorial.
589 To begin, start Emacs if necessary (usually the command @code{emacs}
590 does this), and type @kbd{M-# c} (or @kbd{@key{ESC} # c}) to start the
591 Calculator.  (@xref{Starting Calc}, if this doesn't work for you.)
593 Be sure to type all the sample input exactly, especially noting the
594 difference between lower-case and upper-case letters.  Remember,
595 @key{RET}, @key{TAB}, @key{DEL}, and @key{SPC} are the Return, Tab,
596 Delete, and Space keys.
598 @strong{RPN calculation.}  In RPN, you type the input number(s) first,
599 then the command to operate on the numbers.
601 @noindent
602 Type @kbd{2 @key{RET} 3 + Q} to compute @c{$\sqrt{2+3} = 2.2360679775$}
603 @asis{the square root of 2+3, which is 2.2360679775}.
605 @noindent
606 Type @kbd{P 2 ^} to compute @c{$\pi^2 = 9.86960440109$}
607 @asis{the value of `pi' squared, 9.86960440109}.
609 @noindent
610 Type @key{TAB} to exchange the order of these two results.
612 @noindent
613 Type @kbd{- I H S} to subtract these results and compute the Inverse
614 Hyperbolic sine of the difference, 2.72996136574.
616 @noindent
617 Type @key{DEL} to erase this result.
619 @strong{Algebraic calculation.}  You can also enter calculations using
620 conventional ``algebraic'' notation.  To enter an algebraic formula,
621 use the apostrophe key.
623 @noindent
624 Type @kbd{' sqrt(2+3) @key{RET}} to compute @c{$\sqrt{2+3}$}
625 @asis{the square root of 2+3}.
627 @noindent
628 Type @kbd{' pi^2 @key{RET}} to enter @c{$\pi^2$}
629 @asis{`pi' squared}.  To evaluate this symbolic
630 formula as a number, type @kbd{=}.
632 @noindent
633 Type @kbd{' arcsinh($ - $$) @key{RET}} to subtract the second-most-recent
634 result from the most-recent and compute the Inverse Hyperbolic sine.
636 @strong{Keypad mode.}  If you are using the X window system, press
637 @w{@kbd{M-# k}} to get Keypad mode.  (If you don't use X, skip to
638 the next section.)
640 @noindent
641 Click on the @key{2}, @key{ENTER}, @key{3}, @key{+}, and @key{SQRT}
642 ``buttons'' using your left mouse button.
644 @noindent
645 Click on @key{PI}, @key{2}, and @t{y^x}.
647 @noindent
648 Click on @key{INV}, then @key{ENTER} to swap the two results.
650 @noindent
651 Click on @key{-}, @key{INV}, @key{HYP}, and @key{SIN}.
653 @noindent
654 Click on @key{<-} to erase the result, then click @key{OFF} to turn
655 the Keypad Calculator off.
657 @strong{Grabbing data.}  Type @kbd{M-# x} if necessary to exit Calc.
658 Now select the following numbers as an Emacs region:  ``Mark'' the
659 front of the list by typing @kbd{C-@key{SPC}} or @kbd{C-@@} there,
660 then move to the other end of the list.  (Either get this list from
661 the on-line copy of this manual, accessed by @w{@kbd{M-# i}}, or just
662 type these numbers into a scratch file.)  Now type @kbd{M-# g} to
663 ``grab'' these numbers into Calc.
665 @example
666 @group
667 1.23  1.97
668 1.6   2
669 1.19  1.08
670 @end group
671 @end example
673 @noindent
674 The result @samp{[1.23, 1.97, 1.6, 2, 1.19, 1.08]} is a Calc ``vector.''
675 Type @w{@kbd{V R +}} to compute the sum of these numbers.
677 @noindent
678 Type @kbd{U} to Undo this command, then type @kbd{V R *} to compute
679 the product of the numbers.
681 @noindent
682 You can also grab data as a rectangular matrix.  Place the cursor on
683 the upper-leftmost @samp{1} and set the mark, then move to just after
684 the lower-right @samp{8} and press @kbd{M-# r}.
686 @noindent
687 Type @kbd{v t} to transpose this @c{$3\times2$}
688 @asis{3x2} matrix into a @c{$2\times3$}
689 @asis{2x3} matrix.  Type
690 @w{@kbd{v u}} to unpack the rows into two separate vectors.  Now type
691 @w{@kbd{V R + @key{TAB} V R +}} to compute the sums of the two original columns.
692 (There is also a special grab-and-sum-columns command, @kbd{M-# :}.)
694 @strong{Units conversion.}  Units are entered algebraically.
695 Type @w{@kbd{' 43 mi/hr @key{RET}}} to enter the quantity 43 miles-per-hour.
696 Type @w{@kbd{u c km/hr @key{RET}}}.  Type @w{@kbd{u c m/s @key{RET}}}.
698 @strong{Date arithmetic.}  Type @kbd{t N} to get the current date and
699 time.  Type @kbd{90 +} to find the date 90 days from now.  Type
700 @kbd{' <25 dec 87> @key{RET}} to enter a date, then @kbd{- 7 /} to see how
701 many weeks have passed since then.
703 @strong{Algebra.}  Algebraic entries can also include formulas
704 or equations involving variables.  Type @kbd{@w{' [x + y} = a, x y = 1] @key{RET}}
705 to enter a pair of equations involving three variables.
706 (Note the leading apostrophe in this example; also, note that the space
707 between @samp{x y} is required.)  Type @w{@kbd{a S x,y @key{RET}}} to solve
708 these equations for the variables @cite{x} and @cite{y}.@refill
710 @noindent
711 Type @kbd{d B} to view the solutions in more readable notation.
712 Type @w{@kbd{d C}} to view them in C language notation, and @kbd{d T}
713 to view them in the notation for the @TeX{} typesetting system.
714 Type @kbd{d N} to return to normal notation.
716 @noindent
717 Type @kbd{7.5}, then @kbd{s l a @key{RET}} to let @cite{a = 7.5} in these formulas.
718 (That's a letter @kbd{l}, not a numeral @kbd{1}.)
720 @iftex
721 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
722 manual.  Type @kbd{M-# c} to return to Calc after each of these
723 commands: @kbd{h k t N} to read about the @kbd{t N} command,
724 @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the @code{sqrt} function, and
725 @kbd{h s} to read the Calc summary.
726 @end iftex
727 @ifinfo
728 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
729 manual.  Remember to type the letter @kbd{l}, then @kbd{M-# c}, to
730 return here after each of these commands: @w{@kbd{h k t N}} to read
731 about the @w{@kbd{t N}} command, @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the
732 @code{sqrt} function, and @kbd{h s} to read the Calc summary.
733 @end ifinfo
735 Press @key{DEL} repeatedly to remove any leftover results from the stack.
736 To exit from Calc, press @kbd{q} or @kbd{M-# c} again.
738 @node Using Calc, History and Acknowledgements, Demonstration of Calc, Getting Started
739 @section Using Calc
741 @noindent
742 Calc has several user interfaces that are specialized for
743 different kinds of tasks.  As well as Calc's standard interface,
744 there are Quick Mode, Keypad Mode, and Embedded Mode.
746 @c [fix-ref Installation]
747 Calc must be @dfn{installed} before it can be used.  @xref{Installation},
748 for instructions on setting up and installing Calc.  We will assume
749 you or someone on your system has already installed Calc as described
750 there.
752 @menu
753 * Starting Calc::
754 * The Standard Interface::
755 * Quick Mode Overview::
756 * Keypad Mode Overview::
757 * Standalone Operation::
758 * Embedded Mode Overview::
759 * Other M-# Commands::
760 @end menu
762 @node Starting Calc, The Standard Interface, Using Calc, Using Calc
763 @subsection Starting Calc
765 @noindent
766 On most systems, you can type @kbd{M-#} to start the Calculator.
767 The notation @kbd{M-#} is short for Meta-@kbd{#}.  On most
768 keyboards this means holding down the Meta (or Alt) and
769 Shift keys while typing @kbd{3}.
771 @cindex META key
772 Once again, if you don't have a Meta key on your keyboard you can type
773 @key{ESC} first, then @kbd{#}, to accomplish the same thing.  If you
774 don't even have an @key{ESC} key, you can fake it by holding down
775 Control or @key{CTRL} while typing a left square bracket
776 (that's @kbd{C-[} in Emacs notation).@refill
778 @kbd{M-#} is a @dfn{prefix key}; when you press it, Emacs waits for
779 you to press a second key to complete the command.  In this case,
780 you will follow @kbd{M-#} with a letter (upper- or lower-case, it
781 doesn't matter for @kbd{M-#}) that says which Calc interface you
782 want to use.
784 To get Calc's standard interface, type @kbd{M-# c}.  To get
785 Keypad Mode, type @kbd{M-# k}.  Type @kbd{M-# ?} to get a brief
786 list of the available options, and type a second @kbd{?} to get
787 a complete list.
789 To ease typing, @kbd{M-# M-#} (or @kbd{M-# #} if that's easier)
790 also works to start Calc.  It starts the same interface (either
791 @kbd{M-# c} or @w{@kbd{M-# k}}) that you last used, selecting the
792 @kbd{M-# c} interface by default.  (If your installation has
793 a special function key set up to act like @kbd{M-#}, hitting that
794 function key twice is just like hitting @kbd{M-# M-#}.)
796 If @kbd{M-#} doesn't work for you, you can always type explicit
797 commands like @kbd{M-x calc} (for the standard user interface) or
798 @w{@kbd{M-x calc-keypad}} (for Keypad Mode).  First type @kbd{M-x}
799 (that's Meta with the letter @kbd{x}), then, at the prompt,
800 type the full command (like @kbd{calc-keypad}) and press Return.
802 If you type @kbd{M-x calc} and Emacs still doesn't recognize the
803 command (it will say @samp{[No match]} when you try to press
804 @key{RET}), then Calc has not been properly installed.
806 The same commands (like @kbd{M-# c} or @kbd{M-# M-#}) that start
807 the Calculator also turn it off if it is already on.
809 @node The Standard Interface, Quick Mode Overview, Starting Calc, Using Calc
810 @subsection The Standard Calc Interface
812 @noindent
813 @cindex Standard user interface
814 Calc's standard interface acts like a traditional RPN calculator,
815 operated by the normal Emacs keyboard.  When you type @kbd{M-# c}
816 to start the Calculator, the Emacs screen splits into two windows
817 with the file you were editing on top and Calc on the bottom.
819 @smallexample
820 @group
823 --**-Emacs: myfile             (Fundamental)----All----------------------
824 --- Emacs Calculator Mode ---                   |Emacs Calc Mode v2.00...
825 2:  17.3                                        |    17.3
826 1:  -5                                          |    3
827     .                                           |    2
828                                                 |    4
829                                                 |  * 8
830                                                 |  ->-5
831                                                 |
832 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All----- --%%-Emacs: *Calc Trail*
833 @end group
834 @end smallexample
836 In this figure, the mode-line for @file{myfile} has moved up and the
837 ``Calculator'' window has appeared below it.  As you can see, Calc
838 actually makes two windows side-by-side.  The lefthand one is
839 called the @dfn{stack window} and the righthand one is called the
840 @dfn{trail window.}  The stack holds the numbers involved in the
841 calculation you are currently performing.  The trail holds a complete
842 record of all calculations you have done.  In a desk calculator with
843 a printer, the trail corresponds to the paper tape that records what
844 you do.
846 In this case, the trail shows that four numbers (17.3, 3, 2, and 4)
847 were first entered into the Calculator, then the 2 and 4 were
848 multiplied to get 8, then the 3 and 8 were subtracted to get @i{-5}.
849 (The @samp{>} symbol shows that this was the most recent calculation.)
850 The net result is the two numbers 17.3 and @i{-5} sitting on the stack.
852 Most Calculator commands deal explicitly with the stack only, but
853 there is a set of commands that allow you to search back through
854 the trail and retrieve any previous result.
856 Calc commands use the digits, letters, and punctuation keys.
857 Shifted (i.e., upper-case) letters are different from lowercase
858 letters.  Some letters are @dfn{prefix} keys that begin two-letter
859 commands.  For example, @kbd{e} means ``enter exponent'' and shifted
860 @kbd{E} means @cite{e^x}.  With the @kbd{d} (``display modes'') prefix
861 the letter ``e'' takes on very different meanings:  @kbd{d e} means
862 ``engineering notation'' and @kbd{d E} means ``@dfn{eqn} language mode.''
864 There is nothing stopping you from switching out of the Calc
865 window and back into your editing window, say by using the Emacs
866 @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window}) command.  When the cursor is
867 inside a regular window, Emacs acts just like normal.  When the
868 cursor is in the Calc stack or trail windows, keys are interpreted
869 as Calc commands.
871 When you quit by pressing @kbd{M-# c} a second time, the Calculator
872 windows go away but the actual Stack and Trail are not gone, just
873 hidden.  When you press @kbd{M-# c} once again you will get the
874 same stack and trail contents you had when you last used the
875 Calculator.
877 The Calculator does not remember its state between Emacs sessions.
878 Thus if you quit Emacs and start it again, @kbd{M-# c} will give you
879 a fresh stack and trail.  There is a command (@kbd{m m}) that lets
880 you save your favorite mode settings between sessions, though.
881 One of the things it saves is which user interface (standard or
882 Keypad) you last used; otherwise, a freshly started Emacs will
883 always treat @kbd{M-# M-#} the same as @kbd{M-# c}.
885 The @kbd{q} key is another equivalent way to turn the Calculator off.
887 If you type @kbd{M-# b} first and then @kbd{M-# c}, you get a
888 full-screen version of Calc (@code{full-calc}) in which the stack and
889 trail windows are still side-by-side but are now as tall as the whole
890 Emacs screen.  When you press @kbd{q} or @kbd{M-# c} again to quit,
891 the file you were editing before reappears.  The @kbd{M-# b} key
892 switches back and forth between ``big'' full-screen mode and the
893 normal partial-screen mode.
895 Finally, @kbd{M-# o} (@code{calc-other-window}) is like @kbd{M-# c}
896 except that the Calc window is not selected.  The buffer you were
897 editing before remains selected instead.  @kbd{M-# o} is a handy
898 way to switch out of Calc momentarily to edit your file; type
899 @kbd{M-# c} to switch back into Calc when you are done.
901 @node Quick Mode Overview, Keypad Mode Overview, The Standard Interface, Using Calc
902 @subsection Quick Mode (Overview)
904 @noindent
905 @dfn{Quick Mode} is a quick way to use Calc when you don't need the
906 full complexity of the stack and trail.  To use it, type @kbd{M-# q}
907 (@code{quick-calc}) in any regular editing buffer.
909 Quick Mode is very simple:  It prompts you to type any formula in
910 standard algebraic notation (like @samp{4 - 2/3}) and then displays
911 the result at the bottom of the Emacs screen (@i{3.33333333333}
912 in this case).  You are then back in the same editing buffer you
913 were in before, ready to continue editing or to type @kbd{M-# q}
914 again to do another quick calculation.  The result of the calculation
915 will also be in the Emacs ``kill ring'' so that a @kbd{C-y} command
916 at this point will yank the result into your editing buffer.
918 Calc mode settings affect Quick Mode, too, though you will have to
919 go into regular Calc (with @kbd{M-# c}) to change the mode settings.
921 @c [fix-ref Quick Calculator mode]
922 @xref{Quick Calculator}, for further information.
924 @node Keypad Mode Overview, Standalone Operation, Quick Mode Overview, Using Calc
925 @subsection Keypad Mode (Overview)
927 @noindent
928 @dfn{Keypad Mode} is a mouse-based interface to the Calculator.
929 It is designed for use with terminals that support a mouse.  If you
930 don't have a mouse, you will have to operate keypad mode with your
931 arrow keys (which is probably more trouble than it's worth).  Keypad
932 mode is currently not supported under Emacs 19.
934 Type @kbd{M-# k} to turn Keypad Mode on or off.  Once again you
935 get two new windows, this time on the righthand side of the screen
936 instead of at the bottom.  The upper window is the familiar Calc
937 Stack; the lower window is a picture of a typical calculator keypad.
939 @tex
940 \dimen0=\pagetotal%
941 \advance \dimen0 by 24\baselineskip%
942 \ifdim \dimen0>\pagegoal \vfill\eject \fi%
943 \medskip
944 @end tex
945 @smallexample
946                                         |--- Emacs Calculator Mode ---
947                                         |2:  17.3
948                                         |1:  -5
949                                         |    .
950                                         |--%%-Calc: 12 Deg       (Calcul
951                                         |----+-----Calc 2.00-----+----1
952                                         |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
953                                         |----+----+----+----+----+----|
954                                         | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
955                                         |----+----+----+----+----+----|
956                                         |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
957                                         |----+----+----+----+----+----|
958                                         |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
959                                         |-----+---+-+--+--+-+---++----|
960                                         | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
961                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
962                                         | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
963                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
964                                         |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
965                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
966                                         | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
967                                         |-----+-----+-----+-----+-----+
968 @end smallexample
970 Keypad Mode is much easier for beginners to learn, because there
971 is no need to memorize lots of obscure key sequences.  But not all
972 commands in regular Calc are available on the Keypad.  You can
973 always switch the cursor into the Calc stack window to use
974 standard Calc commands if you need.  Serious Calc users, though,
975 often find they prefer the standard interface over Keypad Mode.
977 To operate the Calculator, just click on the ``buttons'' of the
978 keypad using your left mouse button.  To enter the two numbers
979 shown here you would click @w{@kbd{1 7 .@: 3 ENTER 5 +/- ENTER}}; to
980 add them together you would then click @kbd{+} (to get 12.3 on
981 the stack).
983 If you click the right mouse button, the top three rows of the
984 keypad change to show other sets of commands, such as advanced
985 math functions, vector operations, and operations on binary
986 numbers.
988 Because Keypad Mode doesn't use the regular keyboard, Calc leaves
989 the cursor in your original editing buffer.  You can type in
990 this buffer in the usual way while also clicking on the Calculator
991 keypad.  One advantage of Keypad Mode is that you don't need an
992 explicit command to switch between editing and calculating.
994 If you press @kbd{M-# b} first, you get a full-screen Keypad Mode
995 (@code{full-calc-keypad}) with three windows:  The keypad in the lower
996 left, the stack in the lower right, and the trail on top.
998 @c [fix-ref Keypad Mode]
999 @xref{Keypad Mode}, for further information.
1001 @node Standalone Operation, Embedded Mode Overview, Keypad Mode Overview, Using Calc
1002 @subsection Standalone Operation
1004 @noindent
1005 @cindex Standalone Operation
1006 If you are not in Emacs at the moment but you wish to use Calc,
1007 you must start Emacs first.  If all you want is to run Calc, you
1008 can give the commands:
1010 @example
1011 emacs -f full-calc
1012 @end example
1014 @noindent
1017 @example
1018 emacs -f full-calc-keypad
1019 @end example
1021 @noindent
1022 which run a full-screen Calculator (as if by @kbd{M-# b M-# c}) or
1023 a full-screen X-based Calculator (as if by @kbd{M-# b M-# k}).
1024 In standalone operation, quitting the Calculator (by pressing
1025 @kbd{q} or clicking on the keypad @key{EXIT} button) quits Emacs
1026 itself.
1028 @node Embedded Mode Overview, Other M-# Commands, Standalone Operation, Using Calc
1029 @subsection Embedded Mode (Overview)
1031 @noindent
1032 @dfn{Embedded Mode} is a way to use Calc directly from inside an
1033 editing buffer.  Suppose you have a formula written as part of a
1034 document like this:
1036 @smallexample
1037 @group
1038 The derivative of
1040                                    ln(ln(x))
1043 @end group
1044 @end smallexample
1046 @noindent
1047 and you wish to have Calc compute and format the derivative for
1048 you and store this derivative in the buffer automatically.  To
1049 do this with Embedded Mode, first copy the formula down to where
1050 you want the result to be:
1052 @smallexample
1053 @group
1054 The derivative of
1056                                    ln(ln(x))
1060                                    ln(ln(x))
1061 @end group
1062 @end smallexample
1064 Now, move the cursor onto this new formula and press @kbd{M-# e}.
1065 Calc will read the formula (using the surrounding blank lines to
1066 tell how much text to read), then push this formula (invisibly)
1067 onto the Calc stack.  The cursor will stay on the formula in the
1068 editing buffer, but the buffer's mode line will change to look
1069 like the Calc mode line (with mode indicators like @samp{12 Deg}
1070 and so on).  Even though you are still in your editing buffer,
1071 the keyboard now acts like the Calc keyboard, and any new result
1072 you get is copied from the stack back into the buffer.  To take
1073 the derivative, you would type @kbd{a d x @key{RET}}.
1075 @smallexample
1076 @group
1077 The derivative of
1079                                    ln(ln(x))
1083 1 / ln(x) x
1084 @end group
1085 @end smallexample
1087 To make this look nicer, you might want to press @kbd{d =} to center
1088 the formula, and even @kbd{d B} to use ``big'' display mode.
1090 @smallexample
1091 @group
1092 The derivative of
1094                                    ln(ln(x))
1097 % [calc-mode: justify: center]
1098 % [calc-mode: language: big]
1100                                        1
1101                                     -------
1102                                     ln(x) x
1103 @end group
1104 @end smallexample
1106 Calc has added annotations to the file to help it remember the modes
1107 that were used for this formula.  They are formatted like comments
1108 in the @TeX{} typesetting language, just in case you are using @TeX{}.
1109 (In this example @TeX{} is not being used, so you might want to move
1110 these comments up to the top of the file or otherwise put them out
1111 of the way.)
1113 As an extra flourish, we can add an equation number using a
1114 righthand label:  Type @kbd{d @} (1) @key{RET}}.
1116 @smallexample
1117 @group
1118 % [calc-mode: justify: center]
1119 % [calc-mode: language: big]
1120 % [calc-mode: right-label: " (1)"]
1122                                        1
1123                                     -------                      (1)
1124                                     ln(x) x
1125 @end group
1126 @end smallexample
1128 To leave Embedded Mode, type @kbd{M-# e} again.  The mode line
1129 and keyboard will revert to the way they were before.  (If you have
1130 actually been trying this as you read along, you'll want to press
1131 @kbd{M-# 0} [with the digit zero] now to reset the modes you changed.)
1133 The related command @kbd{M-# w} operates on a single word, which
1134 generally means a single number, inside text.  It uses any
1135 non-numeric characters rather than blank lines to delimit the
1136 formula it reads.  Here's an example of its use:
1138 @smallexample
1139 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
1140 @end smallexample
1142 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{M-# w} to enable
1143 Embedded Mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
1144 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
1145 then @w{@kbd{M-# w}} again to exit Embedded mode.
1147 @smallexample
1148 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
1149 @end smallexample
1151 @c [fix-ref Embedded Mode]
1152 @xref{Embedded Mode}, for full details.
1154 @node Other M-# Commands, , Embedded Mode Overview, Using Calc
1155 @subsection Other @kbd{M-#} Commands
1157 @noindent
1158 Two more Calc-related commands are @kbd{M-# g} and @kbd{M-# r},
1159 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
1160 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
1161 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
1162 cursor or ``point'' placed at the other.
1164 The @kbd{M-# g} command reads the region in the usual left-to-right,
1165 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
1166 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
1167 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
1168 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
1169 @kbd{C-u M-# g} interprets the region as a single number or
1170 formula.
1172 The @kbd{M-# r} command reads a rectangle, with the point and
1173 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
1174 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
1176 Complementary to these is @kbd{M-# y}, which ``yanks'' the
1177 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
1178 If you type @w{@kbd{M-# y}} while in such a buffer, the value is
1179 yanked at the current position.  If you type @kbd{M-# y} while
1180 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
1181 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
1182 to be visible in order to use this command, as long as there
1183 is something on the Calc stack.
1185 Here, for reference, is the complete list of @kbd{M-#} commands.
1186 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
1187 following @kbd{M-#}.
1189 @noindent
1190 Commands for turning Calc on and off:
1192 @table @kbd
1193 @item #
1194 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1196 @item C
1197 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1198 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1199 in the Calc window, move the cursor into the window.
1201 @item O
1202 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1203 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1204 move it out of that window.
1206 @item B
1207 Control whether @kbd{M-# c} and @kbd{M-# k} use the full screen.
1209 @item Q
1210 Use Quick Mode for a single short calculation.
1212 @item K
1213 Turn Calc Keypad mode on or off.
1215 @item E
1216 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1218 @item J
1219 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1221 @item W
1222 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1224 @item Z
1225 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1227 @item X
1228 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1229 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1230 @end table
1231 @iftex
1232 @sp 2
1233 @end iftex
1235 @noindent
1236 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1238 @table @kbd
1239 @item G
1240 Grab the region into the Calculator as a vector.
1242 @item R
1243 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1245 @item :
1246 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1248 @item _
1249 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1251 @item Y
1252 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1253 @end table
1254 @iftex
1255 @sp 2
1256 @end iftex
1258 @noindent
1259 Commands for use with Embedded Mode:
1261 @table @kbd
1262 @item A
1263 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1264 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1265 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1267 @item D
1268 Duplicate the current formula immediately below and select
1269 the duplicate.
1271 @item F
1272 Insert a new formula at the current point.
1274 @item N
1275 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1277 @item P
1278 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1280 @item U
1281 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1283 @item `
1284 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1285 @end table
1286 @iftex
1287 @sp 2
1288 @end iftex
1290 @noindent
1291 Miscellaneous commands:
1293 @table @kbd
1294 @item I
1295 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1296 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1298 @item T
1299 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1301 @item S
1302 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1304 @item L
1305 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1306 are loaded only as they are needed.)
1308 @item M
1309 Read a region of written keystroke names (like @kbd{C-n a b c @key{RET}})
1310 and record them as the current keyboard macro.
1312 @item 0
1313 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1314 its default state:  Empty stack, and default mode settings.
1315 With any prefix argument, reset everything but the stack.
1316 @end table
1318 @node History and Acknowledgements, , Using Calc, Getting Started
1319 @section History and Acknowledgements
1321 @noindent
1322 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1323 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1324 the value of @c{$2^{32}$}
1325 @cite{2^32}.  I didn't offhand, but I said, ``that's
1326 easy, just call up an @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported
1327 that the answer to our question was @samp{4.294967e+09}---with no way to
1328 see the full ten digits even though we knew they were there in the
1329 program's memory!  I was so annoyed, I vowed to write a calculator
1330 of my own, once and for all.
1332 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1333 and b) because, being only a text editor extension language after
1334 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1335 got too far out of hand.
1337 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1338 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1339 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1341 Emacs Lisp doesn't have built-in floating point math, so it had to be
1342 simulated in software.  In fact, Emacs integers will only comfortably
1343 fit six decimal digits or so---not enough for a decent calculator.  So
1344 I had to write my own high-precision integer code as well, and once I had
1345 this I figured that arbitrary-size integers were just as easy as large
1346 integers.  Arbitrary floating-point precision was the logical next step.
1347 Also, since the large integer arithmetic was there anyway it seemed only
1348 fair to give the user direct access to it, which in turn made it practical
1349 to support fractions as well as floats.  All these features inspired me
1350 to look around for other data types that might be worth having.
1352 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1353 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1354 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I decided
1355 that these would be good for Calc to have, too.  And once things had
1356 gone this far, I figured I might as well take a look at serious algebra
1357 systems like Mathematica, Macsyma, and Maple for further ideas.  Since
1358 these systems did far more than I could ever hope to implement, I decided
1359 to focus on rewrite rules and other programming features so that users
1360 could implement what they needed for themselves.
1362 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1363 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1364 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1366 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1367 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1368 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1370 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1371 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1372 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1373 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1374 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1375 algebra system for microcomputers.
1377 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1378 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1379 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1380 rules, and many other algebra features; @c{Fran\c cois}
1381 @asis{Francois} Pinard, who contributed
1382 an early prototype of the Calc Summary appendix as well as providing
1383 valuable suggestions in many other areas of Calc; Carl Witty, whose eagle
1384 eyes discovered many typographical and factual errors in the Calc manual;
1385 Tim Kay, who drove the development of Embedded mode; Ove Ewerlid, who
1386 made many suggestions relating to the algebra commands and contributed
1387 some code for polynomial operations; Randal Schwartz, who suggested the
1388 @code{calc-eval} function; Robert J. Chassell, who suggested the Calc
1389 Tutorial and exercises; and Juha Sarlin, who first worked out how to split
1390 Calc into quickly-loading parts.  Bob Weiner helped immensely with the
1391 Lucid Emacs port.
1393 @cindex Bibliography
1394 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1395 @cindex Numerical Recipes
1396 @c Should these be expanded into more complete references?
1397 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1398 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1399 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1400 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis for
1401 the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham, Knuth,
1402 and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the @emph{CRC
1403 Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and Abramowitz and
1404 Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical Functions}.  I
1405 consulted the user's manuals for the HP-28 and HP-48 calculators, as
1406 well as for the programs Mathematica, SMP, Macsyma, Maple, MathCAD,
1407 Gnuplot, and others.  Also, of course, Calc could not have been written
1408 without the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil
1409 Lewis and Dan LaLiberte.
1411 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1412 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1413 finished in two weeks.
1415 @c [tutorial]
1417 @ifinfo
1418 @c This node is accessed by the `M-# t' command.
1419 @node Interactive Tutorial, , , Top
1420 @chapter Tutorial
1422 @noindent
1423 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1425 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1426 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1427 for this).
1429 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1430 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1431 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1432 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1434 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1435 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1436 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1437 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1438 @kbd{l} to return to where you were before.
1440 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1442 Press @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1444 @menu
1445 * Tutorial::
1446 @end menu
1447 @end ifinfo
1449 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1450 @chapter Tutorial
1452 @noindent
1453 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1454 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1455 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1456 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1457 @c [not-split]
1458 to skip on to the rest of this manual.
1459 @c [when-split]
1460 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1462 @c [fix-ref Embedded Mode]
1463 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1464 The ``Quick Mode'' and ``Keypad Mode'' interfaces are fairly
1465 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1466 the ``Embedded Mode'' interface.
1468 @ifinfo
1469 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1470 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1471 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1472 @kbd{M-# c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1473 press @kbd{M-# i} to start the Info system or to switch into its window.
1474 Or, you may prefer to use the tutorial in printed form.
1475 @end ifinfo
1476 @iftex
1477 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1478 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1479 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1480 @kbd{M-# c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1481 press @kbd{M-# i} to start the Info system or to switch into its window.
1482 @end iftex
1484 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1485 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1486 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1487 general areas.
1489 @ifinfo
1490 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1491 it as you learn Calc.  @xref{Installation}, to see how to make a printed
1492 summary.  @xref{Summary}.
1493 @end ifinfo
1494 @iftex
1495 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1496 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1497 Calc.
1498 @end iftex
1500 @menu
1501 * Basic Tutorial::
1502 * Arithmetic Tutorial::
1503 * Vector/Matrix Tutorial::
1504 * Types Tutorial::
1505 * Algebra Tutorial::
1506 * Programming Tutorial::
1508 * Answers to Exercises::
1509 @end menu
1511 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1512 @section Basic Tutorial
1514 @noindent
1515 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1516 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1517 to control various modes of the Calculator.
1519 @menu
1520 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1521 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1522 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1523 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1524 @end menu
1526 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1527 @subsection RPN Calculations and the Stack
1529 @cindex RPN notation
1530 @ifinfo
1531 @noindent
1532 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1533 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1534 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1535 Jan Lukasiewicz.)
1536 @end ifinfo
1537 @tex
1538 \noindent
1539 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1540 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1541 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1542 Jan \L ukasiewicz.)
1543 @end tex
1545 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1546 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1547 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1548 from the top of the stack.
1550 @cindex Operators
1551 @cindex Operands
1552 In an operation like @cite{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1553 and the @cite{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1554 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1555 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1556 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1557 number of operands from the stack and pushes back the result.
1559 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1560 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1561 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1562 you wish; type @kbd{M-# c} to switch into the Calc window (you can type
1563 @kbd{M-# c} again or @kbd{M-# o} to switch back to the Tutorial window).
1564 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1565 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1566 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1567 will look at various points throughout the calculation:@refill
1569 @smallexample
1570 @group
1571     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1572                    .          1:  3              .
1573                                   .
1575   M-# c          2 @key{RET}          3 @key{RET}            +             @key{DEL}
1576 @end group
1577 @end smallexample
1579 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1580 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1581 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1582 less distracting in regular use.
1584 @cindex Stack levels
1585 @cindex Levels of stack
1586 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1587 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1588 @cite{x}, @cite{y}, @cite{z}, and @cite{t}.  Calc's stack can grow
1589 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1590 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1591 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1592 work on the top few levels of the stack.@refill
1594 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1595 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1596 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1597 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1598 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1599 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1600 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1601 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1602 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1603 if you are interested.
1605 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1606 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1607 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1608 automatically enters that number and then does the requested command.
1609 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.@refill
1611 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1612 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1614 @smallexample
1615 @group
1616 1:  2          2:  2          1:  5
1617     .          1:  3              .
1618                    .
1620   2 @key{RET}            3              +
1621 @end group
1622 @end smallexample
1624 @noindent
1625 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1626 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1627 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1629 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1630 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1631 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1632 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1633 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1634 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1635 return to where you were.)
1637 @noindent
1638 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1639 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1640 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1641 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1643 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute @c{$(2\times4) + (7\times9.4) + {5\over4}$}
1644 @cite{2*4 + 7*9.5 + 5/4} using the
1645 stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1647 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1648 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1649 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1650 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1651 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1652 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1653 results of the previous example at the beginning of a new example.
1654 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1655 clear away old results, the text will remind you to do so.
1657 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1658 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1659 spend a long time reformatting such a large stack.)
1661 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1662 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1663 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1664 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1665 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1667 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1668 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1669 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1671 @cindex Duplicating a stack entry
1672 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1673 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1675 @smallexample
1676 @group
1677 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1678     .          1:  3              .          1:  9              .
1679                    .                             .
1681   3 @key{RET}           @key{RET}             *             @key{RET}             *
1682 @end group
1683 @end smallexample
1685 @noindent
1686 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1687 to raise 3 to the fourth power.)
1689 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1690 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1691 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1693 @cindex Exchanging stack entries
1694 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1695 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1696 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1697 was @cite{20 / (2+3)}.
1699 @smallexample
1700 @group
1701 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1702     .          1:  20         1:  5              .
1703                    .              .
1705  2 @key{RET} 3 +         20            @key{TAB}             /
1706 @end group
1707 @end smallexample
1709 @noindent
1710 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1712 @smallexample
1713 @group
1714 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1715     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1716                    .          1:  3              .
1717                                   .
1719   20 @key{RET}         2 @key{RET}            3              +              /
1720 @end group
1721 @end smallexample
1723 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1724 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1725 bringing the object in level 3 to the top.
1727 @smallexample
1728 @group
1729 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1730     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1731                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1732                                   .              .              .
1734   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
1735 @end group
1736 @end smallexample
1738 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1739 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1740 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1741 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1743 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1744 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1745 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1746 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1748 @smallexample
1749 @group
1750 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1751     .              .          1:  16             .              .
1752                                   .
1754   3 @key{RET}          @key{RET} *        4 @key{RET} @key{RET} *        +              Q
1755 @end group
1756 @end smallexample
1758 @noindent
1759 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1760 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1762 @cindex Pythagorean Theorem
1763 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1764 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1765 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1766 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1768 @smallexample
1769 @group
1770 1:  3          2:  3          1:  5
1771     .          1:  4              .
1772                    .
1774   3 @key{RET}          4 @key{RET}      M-x calc-hypot
1775 @end group
1776 @end smallexample
1778 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1779 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1780 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1781 prefix for you:
1783 @smallexample
1784 @group
1785 1:  3          2:  3          1:  5
1786     .          1:  4              .
1787                    .
1789   3 @key{RET}          4 @key{RET}         x hypot
1790 @end group
1791 @end smallexample
1793 What happens if you take the square root of a negative number?
1795 @smallexample
1796 @group
1797 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
1798     .              .              .
1800   4 @key{RET}            n              Q
1801 @end group
1802 @end smallexample
1804 @noindent
1805 The notation @cite{(a, b)} represents a complex number.
1806 Complex numbers are more traditionally written @c{$a + b i$}
1807 @cite{a + b i};
1808 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
1809 @cite{(a, b)} notation.
1811 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
1812 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
1813 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
1814 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
1815 complex result.)
1817 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
1818 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
1820 @smallexample
1821 @group
1822 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
1823     .          1:  2              .              3              .
1824                    .                             .
1826     (              2              ,              3              )
1827 @end group
1828 @end smallexample
1830 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
1831 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
1833 @smallexample
1834 @group
1835 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
1836     .          1:  2          2:  2              5              5
1837                    .          1:  3              .              .
1838                                   .
1839                                                              (error)
1840     (             2 @key{RET}           3              +              +
1841 @end group
1842 @end smallexample
1844 @noindent
1845 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
1846 produces an error message and leaves the stack the same.
1848 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
1849 moved around by the regular stack commands.
1851 @smallexample
1852 @group
1853 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
1854 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
1855     .          1:  ( ...      1:  2              3
1856                    .              .              .
1858 2 @key{RET} 3 @key{RET}        (            M-@key{TAB}          M-@key{TAB}            )
1859 @end group
1860 @end smallexample
1862 @noindent
1863 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
1864 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
1865 entry and the top are collected, so there's never really a reason
1866 to use the comma.  It's up to you.
1868 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @cite{(2, 3)},
1869 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
1870 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
1871 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
1872 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
1874 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
1875 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
1876 the tutorial.
1878 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
1879 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
1880 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
1881 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
1882 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
1883 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
1884 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
1886 @smallexample
1887 @group
1888 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
1889     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
1890                    .          1:  30         1:  30
1891                                   .              .
1893   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u 3            +
1894 @end group
1895 @end smallexample
1897 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
1898 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
1899 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
1900 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
1901 the second-to-top element of the stack:
1903 @smallexample
1904 @group
1905 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
1906     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
1907                    .          1:  30         1:  30         2:  30
1908                                   .              .          1:  20
1909                                                                 .
1911   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u -2          @key{RET}
1912 @end group
1913 @end smallexample
1915 @cindex Clearing the stack
1916 @cindex Emptying the stack
1917 Another common idiom is @kbd{M-0 @key{DEL}}, which clears the stack.
1918 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
1919 entire stack.)
1921 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
1922 @subsection Algebraic-Style Calculations
1924 @noindent
1925 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
1926 Calculator in ``algebraic mode,'' which is closer to the way
1927 non-RPN calculators work.  In algebraic mode, you enter formulas
1928 in traditional @cite{2+3} notation.
1930 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
1931 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
1932 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
1933 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
1934 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
1935 computation as a formula, read the result from the stack, then press
1936 @key{DEL} to delete it from the stack.
1938 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
1939 The result should be the number 9.
1941 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
1942 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
1943 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
1944 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
1945 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
1947 @example
1948 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
1949 @end example
1951 @noindent
1952 is equivalent to
1954 @example
1955 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
1956 @end example
1958 @noindent
1959 or, in large mathematical notation,
1961 @ifinfo
1962 @example
1963 @group
1964     3 * 4 * 5
1965 2 + --------- - 9
1966           8
1967      6 * 7
1968 @end group
1969 @end example
1970 @end ifinfo
1971 @tex
1972 \turnoffactive
1973 \beforedisplay
1974 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
1975 \afterdisplay
1976 @end tex
1978 @noindent
1979 The result of this expression will be the number @i{-6.99999826533}.
1981 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
1982 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
1983 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
1984 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
1986 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
1987 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
1988 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @i{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
1989 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
1991 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is an
1992 ``algebraic mode'' you can select in which Calc automatically senses
1993 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
1994 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
1995 should appear in the Calc window's mode line.)
1997 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
1999 In algebraic mode, when you press any key that would normally begin
2000 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
2001 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
2002 an algebraic entry.
2004 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
2005 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
2006 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
2007 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
2008 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
2010 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
2011 be @cite{0.16227766017}.
2013 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
2014 the apostrophe even if you are in algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
2015 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
2016 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
2017 rule to use!
2019 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
2020 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
2021 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
2023 Still in algebraic mode, type:
2025 @smallexample
2026 @group
2027 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
2028     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
2029                    .                             .
2031  (2,3) @key{RET}      (1,-2) @key{RET}        *              1 @key{RET}          +
2032 @end group
2033 @end smallexample
2035 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
2036 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
2037 after every entry, even for a simple number like @cite{1}.
2039 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special ``incomplete algebraic
2040 mode'' in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
2041 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
2042 a ``total algebraic mode,'' started by typing @kbd{m t}, in which all
2043 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
2044 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of total algebraic
2045 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.  Total algebraic mode is not supported
2046 under Emacs 19.)
2048 If you're still in algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
2050 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
2051 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
2052 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
2053 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
2054 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
2055 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
2056 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
2057 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
2058 of the stack.  Here, we perform the calculation @c{$\sqrt{2\times4+1}$}
2059 @cite{sqrt(2*4+1)},
2060 which on a traditional calculator would be done by pressing
2061 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
2063 @smallexample
2064 @group
2065 1:  8          1:  9          1:  3
2066     .              .              .
2068   ' 2*4 @key{RET}        $+1 @key{RET}        Q
2069 @end group
2070 @end smallexample
2072 @noindent
2073 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
2074 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
2076 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
2077 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
2078 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
2079 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2081 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
2082 entries.  For example, @kbd{' $$+$ @key{RET}} is just like typing @kbd{+}.
2084 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
2085 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
2086 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
2087 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
2088 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
2089 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
2090 or more letters or digits, beginning with a letter.
2092 @smallexample
2093 @group
2094 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
2095     .                             .              .
2097     17          s t a @key{RET}      ' a+a^2 @key{RET}       =
2098 @end group
2099 @end smallexample
2101 @noindent
2102 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
2103 variables by the values that were stored in them.
2105 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
2106 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
2107 or by using the @kbd{s r} command.
2109 @smallexample
2110 @group
2111 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
2112     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
2113                    .          1:  2              .
2114                                   .
2116   s r a @key{RET}     ' a @key{RET} =         2              ^              +
2117 @end group
2118 @end smallexample
2120 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
2121 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
2122 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
2123 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
2124 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
2125 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
2127 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
2128 values are left alone, even when you evaluate the formula.
2130 @smallexample
2131 @group
2132 1:  2 a + 2 b     1:  34 + 2 b
2133     .                 .
2135  ' 2a+2b @key{RET}          =
2136 @end group
2137 @end smallexample
2139 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
2140 alone, as are calls for which the value is undefined.
2142 @smallexample
2143 @group
2144 1:  2 + log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3)
2145     .
2147  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) @key{RET}
2148 @end group
2149 @end smallexample
2151 @noindent
2152 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
2153 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
2154 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
2155 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
2156 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
2157 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
2158 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
2159 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
2160 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
2161 automatically displays the first message only if the message is
2162 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
2163 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
2164 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
2165 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
2167 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
2168 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
2169 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
2170 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
2171 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2173 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
2174 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
2175 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
2177 One interesting way to work with variables is to use the
2178 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
2179 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
2180 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
2181 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
2182 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
2183 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
2184 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
2186 @smallexample
2187 @group
2188 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
2189 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
2190     .                                  .
2192 ' 2+3 => @key{RET}  ' 2a+2b @key{RET} s =          10 s t a @key{RET}
2193 @end group
2194 @end smallexample
2196 @noindent
2197 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2198 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @cite{a}
2199 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2200 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2201 to see the effects on the formulas' values.
2203 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2205 @smallexample
2206 @group
2207 2:  2 + 5 => 5
2208 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2209     .
2211     s u a @key{RET}
2212 @end group
2213 @end smallexample
2215 We will encounter formulas involving variables and functions again
2216 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2218 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2219 @subsection Undo and Redo
2221 @noindent
2222 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2223 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 @key{DEL}}) and exit
2224 and restart Calc (@kbd{M-# M-# M-# M-#}) to make sure things start off
2225 with a clean slate.  Now:
2227 @smallexample
2228 @group
2229 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2230     .          1:  3              .          1:  3              .
2231                    .                             .
2233    2 @key{RET}           3              ^              U              *
2234 @end group
2235 @end smallexample
2237 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2238 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2239 above example, you could type:
2241 @smallexample
2242 @group
2243 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2244     .          1:  3              .
2245                    .
2246                                                              (error)
2247                    U              U              U              U
2248 @end group
2249 @end smallexample
2251 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2252 mistakenly.
2254 @smallexample
2255 @group
2256     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2257                    .          1:  3              .              .
2258                                   .
2259                                                              (error)
2260                    D              D              D              D
2261 @end group
2262 @end smallexample
2264 @noindent
2265 It was not possible to redo past the @cite{6}, since that was placed there
2266 by something other than an undo command.
2268 @cindex Time travel
2269 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2270 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2271 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2272 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2273 again.  Thus, the inability to redo past the @cite{6} even though there
2274 was an earlier undo command.
2276 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2277 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2278 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2279 press @kbd{t d} now to turn it on.
2281 Let's try grabbing an earlier result.  The @cite{8} we computed was
2282 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2283 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2284 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2285 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2286 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2287 @cite{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2288 stack.
2290 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2291 went into the trail.
2293 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2294 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2295 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2296 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2297 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2298 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2299 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2300 continue the search forwards or backwards as you like.
2302 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2303 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2304 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2305 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2306 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2308 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2309 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2310 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2311 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2312 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2313 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2314 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2315 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2316 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2317 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.  This may
2318 not work under Lucid Emacs, but you can also type @kbd{h h} to
2319 see all the help at once.
2321 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2323 @smallexample
2324 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2325 @end smallexample
2327 @noindent
2328 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2329 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2330 with a single capital letter showing which letter you press to get
2331 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2332 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2333 again to see more @kbd{t}-prefix comands.  Notice that the commands
2334 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2336 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2337 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2338 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2339 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2340 the prefix.
2342 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2343 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2344 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2345 to edit a stack entry.
2347 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2348 @c{$\pi$}
2349 @cite{pi}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2350 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2351 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2352 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2353 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2354 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2355 during entry of a number or algebraic formula.
2357 @node Modes Tutorial, , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2358 @subsection Mode-Setting Commands
2360 @noindent
2361 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2362 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2363 mode, namely algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2364 try some of the most common ones here.
2366 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2367 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2369 @smallexample
2370 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2371 @end smallexample
2373 @noindent
2374 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2375 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2376 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2377 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2378 we get @cite{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2379 leading and trailing zeros.
2381 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2382 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2383 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2385 @smallexample
2386 @group
2387 1:  0.142857142857
2388 2:  0.142857142857142857142857142857
2389     .
2390 @end group
2391 @end smallexample
2393 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2394 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2395 all, the true value @cite{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2396 Calc has to stop somewhere.
2398 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2399 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2401 Calculations always use the current precision.  For example, even
2402 though we have a 30-digit value for @cite{1/7} on the stack, if
2403 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2404 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2405 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2406 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2407 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2409 @smallexample
2410 @group
2411 1:  0.142857142857
2412 2:  0.142857142857142857142857142857
2413 3:  1.14285714286
2414     .
2415 @end group
2416 @end smallexample
2418 @noindent
2419 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2420 digit on the right from even the 12-digit value of @cite{1/7}.
2422 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2423 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2424 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2425 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2426 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2427 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2428 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2429 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2430 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2431 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2432 arithmetic.
2434 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2435 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2436 to convert an integer to floating-point form.
2438 Let's try entering that last calculation:
2440 @smallexample
2441 @group
2442 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2443     .          1:  10000          .
2444                    .
2446   2.0 @key{RET}          10000 @key{RET}      ^
2447 @end group
2448 @end smallexample
2450 @noindent
2451 @cindex Scientific notation, entry of
2452 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2453 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2454 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2455 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2457 @smallexample
2458 @group
2459 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2460     .          1:  10000.         .
2461                    .
2463   2.0 @key{RET}          1e4 @key{RET}        ^
2464 @end group
2465 @end smallexample
2467 @cindex Round-off errors
2468 @noindent
2469 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2470 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2471 exact integer @cite{10000}, but in the second it contained
2472 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2473 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2474 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2475 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2476 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2477 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2478 out:
2480 @smallexample
2481 @group
2482     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2483                    .          1:  10000.         .
2484                                   .
2486  p 16 @key{RET}        2. @key{RET}           1e4            ^    p 12 @key{RET}
2487 @end group
2488 @end smallexample
2490 @noindent
2491 @cindex Guard digits
2492 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2493 calculation using an integer or floating-point power, since we
2494 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2495 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2496 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2497 last place.
2499 @cindex Guard digits
2500 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2501 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2502 In each case, Calc added about two digits of precision during
2503 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2504 afterward.  In one case, it was enough; in the other, it
2505 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2506 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2508 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2509 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2510 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2511 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2512 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2513 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2514 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2515 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2516 onto the stack and try some different display modes.  First,
2517 use @kbd{M-0 @key{DEL}} to clear the stack, then enter the four
2518 numbers shown here:
2520 @smallexample
2521 @group
2522 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2523 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2524 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2525 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2526     .              .              .              .              .
2528    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2529 @end group
2530 @end smallexample
2532 @noindent
2533 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2534 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2535 five significant figures reappeared.  The float format does not
2536 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2537 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2538 of numbers in the Calculator's memory.
2540 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2541 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2542 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2543 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2545 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2546 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2547 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2548 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2549 mode-changing command will appear in the new format.
2551 @smallexample
2552 @group
2553 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2554 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2555 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2556 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2557     .              .              .              .              .
2559     H d s          @key{DEL} U          @key{TAB}            d @key{SPC}          d n
2560 @end group
2561 @end smallexample
2563 @noindent
2564 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2565 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2566 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2567 entries reformats both entries.  The @kbd{d @key{SPC}} command refreshes the
2568 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2569 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2570 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2572 Notice that the integer @cite{12345} was not affected by any
2573 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2574 displayed exactly.
2576 @cindex Large numbers, readability
2577 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2578 the result of @kbd{2^3^4}.
2580 @example
2581 2417851639229258349412352
2582 @end example
2584 @noindent
2585 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2587 @example
2588 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2589 @end example
2591 @noindent
2592 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2593 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2594 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2596 @example
2597 24178,51639,22925,83494,12352
2598 @end example
2600 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2601 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2602 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2604 @example
2605 24,17851,63922.9258349412352
2606 @end example
2608 @noindent
2609 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2610 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2612 @example
2613 24,17851,63922.92583,49412,352
2614 @end example
2616 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2617 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2619 @example
2620 24 17851 63922.92583 49412 352
2621 @end example
2623 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2624 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2625 restore the default precision.
2627 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2628 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2629 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2630 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2632 @example
2633 16#200000000000000000000
2634 @end example
2636 @noindent
2637 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2638 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2639 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2640 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2641 form:
2643 @example
2644 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2645 @end example
2647 @noindent
2648 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2649 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2650 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2651 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2652 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2653 stack in a separate window.  (Press @kbd{M-# M-#} when you are done.)
2655 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2656 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2657 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2658 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2659 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2661 @example
2662 2#101,1111,1110
2663 @end example
2665 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2666 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2667 other radix.
2669 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2671 @example
2672 1,534
2673 @end example
2675 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2676 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2677 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2678 to integers, fractions, and floats.
2680 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2681 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2682 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2683 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2684 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2685 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2686 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2687 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2688 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2690 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2691 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2692 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2693 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2694 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2695 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2696 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2697 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2699 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2700 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2701 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2702 the way they are actually computed.
2704 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2705 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2706 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2707 angle is measured in degrees.  For example,
2709 @smallexample
2710 @group
2711 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2712     .              .                    .                     .
2714     45             S                    2 ^                   c 1
2715 @end group
2716 @end smallexample
2718 @noindent
2719 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2720 of 45 degrees is @c{$\sqrt{2}/2$}
2721 @cite{sqrt(2)/2}; squaring this yields @cite{2/4 = 0.5}.
2722 However, there has been a slight roundoff error because the
2723 representation of @c{$\sqrt{2}/2$}
2724 @cite{sqrt(2)/2} wasn't exact.  The @kbd{c 1}
2725 command is a handy way to clean up numbers in this case; it
2726 temporarily reduces the precision by one digit while it
2727 re-rounds the number on the top of the stack.
2729 @cindex Roundoff errors, examples
2730 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2731 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2732 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2733 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2735 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2736 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2737 @c{$\pi\over4$}
2738 @cite{pi/4} radians.  To get @c{$\pi$}
2739 @cite{pi}, press the @kbd{P} key.  (Once
2740 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2741 @kbd{p} sets the precision.)
2743 @smallexample
2744 @group
2745 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2746     .                   .                .
2748     P                   4 /       m r    S
2749 @end group
2750 @end smallexample
2752 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2753 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2755 @smallexample
2756 @group
2757 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2758     .                    .                    .
2760     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2761 @end group
2762 @end smallexample
2764 @noindent
2765 Here we compute the Inverse Sine of @c{$\sqrt{0.5}$}
2766 @cite{sqrt(0.5)}, first in
2767 radians, then in degrees.
2769 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2770 and vice-versa.
2772 @smallexample
2773 @group
2774 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2775     .              .                      .
2777     45             c r                    c d
2778 @end group
2779 @end smallexample
2781 Another interesting mode is @dfn{fraction mode}.  Normally,
2782 dividing two integers produces a floating-point result if the
2783 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2784 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2785 number, instead.
2787 @smallexample
2788 @group
2789 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2790 1:  9              .                    .
2791     .
2793  12 @key{RET} 9          /          m f       U /      m f
2794 @end group
2795 @end smallexample
2797 @noindent
2798 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2799 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
2801 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
2802 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
2803 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
2804 elements.)  Calculations involving fractions will always
2805 produce exact fractional results; fraction mode only says
2806 what to do when dividing two integers.
2808 @cindex Fractions vs. floats
2809 @cindex Floats vs. fractions
2810 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
2811 why would you ever use floating-point numbers instead?
2812 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
2814 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
2815 In the above example, we had to Undo the division and do it over
2816 again when we changed to fraction mode.  But if you use the
2817 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
2818 recompute for you.
2820 @smallexample
2821 @group
2822 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
2823     .                              .                      .
2825    ' 12/9 => @key{RET}                   p 4 @key{RET}                m f
2826 @end group
2827 @end smallexample
2829 @noindent
2830 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
2831 on the stack is recomputed when we change the precision, then
2832 again when we change to fraction mode.  All @samp{=>} expressions
2833 on the stack are recomputed every time you change any mode that
2834 might affect their values.
2836 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
2837 @section Arithmetic Tutorial
2839 @noindent
2840 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
2841 available in the Calculator.
2843 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
2844 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
2845 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
2846 change-sign and reciprocal operations, respectively.
2848 @smallexample
2849 @group
2850 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
2851     .              .              .              .              .
2853     5              &              &              n              n
2854 @end group
2855 @end smallexample
2857 @cindex Binary operators
2858 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
2859 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
2860 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
2861 a negative prefix.
2863 @smallexample
2864 @group
2865 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
2866 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
2867 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
2868     .                             .          1:  10             .
2869                                                  .
2871 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
2872 @end group
2873 @end smallexample
2875 @cindex Unary operators
2876 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
2877 stack entries with a numeric prefix, too.
2879 @smallexample
2880 @group
2881 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
2882 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
2883 1:  4          1:  0.25               1:  4.
2884     .              .                      .
2886 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4      M-3 &                  M-2 &
2887 @end group
2888 @end smallexample
2890 Notice that the results here are left in floating-point form.
2891 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
2892 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
2893 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
2894 integer.
2896 @smallexample
2897 @group
2898 7:  2.         7:  2          7:  2
2899 6:  2.4        6:  2          6:  2
2900 5:  2.5        5:  2          5:  3
2901 4:  2.6        4:  2          4:  3
2902 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
2903 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
2904 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
2905     .              .              .
2907                   M-7 F        U M-7 R
2908 @end group
2909 @end smallexample
2911 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
2912 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
2913 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
2914 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
2915 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
2917 @smallexample
2918 @group
2919 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
2920 1:  100            .          1:  100            .
2921     .                             .
2923 1234 @key{RET} 100       \              U              %
2924 @end group
2925 @end smallexample
2927 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
2929 @smallexample
2930 @group
2931 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
2932 1:  1              .          1:  1              .
2933     .                             .
2935 3.1415 @key{RET} 1       \              U              %
2936 @end group
2937 @end smallexample
2939 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
2940 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
2941 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
2942 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
2943 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2945 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
2946 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
2947 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@cite{e^x}) and @kbd{L} (natural
2948 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
2949 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
2951 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
2952 identity @c{$\sin^2x + \cos^2x = 1$}
2953 @cite{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.  We'll
2954 arbitrarily pick @i{-64} degrees as a good value for @cite{x}.  With
2955 the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
2957 @smallexample
2958 @group
2959 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
2960 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
2961     .              .              .              .
2963  64 n @key{RET} @key{RET}      S              @key{TAB}            C              f h
2964 @end group
2965 @end smallexample
2967 @noindent
2968 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
2969 You can of course do these calculations to any precision you like.)
2971 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
2972 of squares, command.
2974 Another identity is @c{$\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}$}
2975 @cite{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
2976 @smallexample
2977 @group
2979 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
2980 1:  0.43837        .              .
2981     .
2983     U              /              I T
2984 @end group
2985 @end smallexample
2987 A physical interpretation of this calculation is that if you move
2988 @cite{0.89879} units downward and @cite{0.43837} units to the right,
2989 your direction of motion is @i{-64} degrees from horizontal.  Suppose
2990 we move in the opposite direction, up and to the left:
2992 @smallexample
2993 @group
2994 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
2995 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
2996     .              .
2998     U U            M-2 n          /              I T
2999 @end group
3000 @end smallexample
3002 @noindent
3003 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
3004 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
3005 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
3006 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
3007 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
3008 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
3009 to give you a full 360-degree answer.
3011 @smallexample
3012 @group
3013 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
3014 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
3015     .                         1:  0.43837        .
3016                                   .
3018     U U            f T         M-@key{RET} M-2 n       f T            -
3019 @end group
3020 @end smallexample
3022 @noindent
3023 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
3024 point in opposite directions, just as we would expect.
3026 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
3027 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
3028 restores the arguments of the last command to the stack without removing
3029 the command's result.  It is useful in situations like this one,
3030 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
3031 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
3032 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
3033 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
3035 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
3036 except that it is the @emph{difference}
3037 @c{$\cosh^2x - \sinh^2x$}
3038 @cite{cosh(x)^2 - sinh(x)^2} that always equals one.
3039 Let's try to verify this identity.@refill
3041 @smallexample
3042 @group
3043 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
3044 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
3045     .              .              .              .              .
3047  64 n @key{RET} @key{RET}      H C            2 ^            @key{TAB}            H S 2 ^
3048 @end group
3049 @end smallexample
3051 @noindent
3052 @cindex Roundoff errors, examples
3053 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
3054 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
3055 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
3056 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
3057 error.
3059 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
3060 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
3061 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
3062 0.99999, reasonably close to 1.
3064 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
3065 a more reasonable value for @cite{x}!
3067 @cindex Common logarithm
3068 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
3069 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
3070 @cite{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
3071 prefix.
3073 @smallexample
3074 @group
3075 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
3076     .              .              .              .
3078     1000           L              U              H L
3079 @end group
3080 @end smallexample
3082 @noindent
3083 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
3084 and compute a common logarithm instead.
3086 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
3087 value of @var{b}.
3089 @smallexample
3090 @group
3091 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
3092 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
3093     .                                            .
3095  1000 @key{RET} 10       B              H E            H P            B
3096 @end group
3097 @end smallexample
3099 @noindent
3100 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
3101 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
3102 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
3103 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @cite{e}
3104 onto the stack.
3106 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
3107 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
3108 an exact rational result for calculations involving rational numbers
3109 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
3110 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
3111 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
3112 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
3113 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
3114 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
3115 probably wanted was @samp{1e1000}.
3117 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
3118 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
3119 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
3121 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
3122 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
3123 which computes the product of all the integers up to a given number.
3125 @smallexample
3126 @group
3127 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
3128     .              .                     .              .
3130     100            !                     U c f          !
3131 @end group
3132 @end smallexample
3134 @noindent
3135 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
3136 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
3137 of a floating-point number, you get a floating-point result
3138 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
3139 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
3140 in this case).
3142 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
3143 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
3144 @c{$\Gamma(n)$}
3145 @cite{gamma(n)}
3146 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
3148 @smallexample
3149 @group
3150 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
3151 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
3152 1:  5.         1:  120.
3153     .              .
3155                    M-3 !              M-0 @key{DEL} 5.5       f g
3156 @end group
3157 @end smallexample
3159 @noindent
3160 Here we verify the identity @c{$n! = \Gamma(n+1)$}
3161 @cite{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
3163 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}@c{ or $\displaystyle {n \choose m}$}
3164 @asis{} is defined by
3165 @c{$\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}$}
3166 @cite{n!@: / m!@: (n-m)!} for all reals @cite{n} and
3167 @cite{m}.  The intermediate results in this formula can become quite
3168 large even if the final result is small; the @kbd{k c} command computes
3169 a binomial coefficient in a way that avoids large intermediate
3170 values.
3172 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
3173 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
3174 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
3176 @smallexample
3177 @group
3178 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
3179 1:  20             .              .
3180     .
3182  30 @key{RET} 20         k c            k f
3183 @end group
3184 @end smallexample
3186 @noindent
3187 You can verify these prime factors by using @kbd{v u} to ``unpack''
3188 this vector into 8 separate stack entries, then @kbd{M-8 *} to
3189 multiply them back together.  The result is the original number,
3190 30045015.
3192 @cindex Hash tables
3193 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3194 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3195 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3197 @smallexample
3198 @group
3199 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3200     .              .              .
3202     10000          k n            I k n
3203 @end group
3204 @end smallexample
3206 @noindent
3207 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3208 10000.
3210 @c [fix-ref Financial Functions]
3211 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3212 commands that deal with business and financial calculations (functions
3213 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3215 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3216 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3217 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3219 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3220 @section Vector/Matrix Tutorial
3222 @noindent
3223 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3224 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3225 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3226 a vector as a list of objects.
3228 @menu
3229 * Vector Analysis Tutorial::
3230 * Matrix Tutorial::
3231 * List Tutorial::
3232 @end menu
3234 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3235 @subsection Vector Analysis
3237 @noindent
3238 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3239 elements, taken pairwise.
3241 @smallexample
3242 @group
3243 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3244     .             1:  [7, 6, 0]         .
3245                       .
3247     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3248 @end group
3249 @end smallexample
3251 @noindent
3252 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3253 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3254 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3255 vectors so we can easily reuse them later.
3257 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3258 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3259 of the vectors.
3261 @smallexample
3262 @group
3263 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3264 1:  [7, 6, 0]         .
3265     .
3267     r 1 r 2           *
3268 @end group
3269 @end smallexample
3271 @cindex Dot product
3272 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3273 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3274 is interpreted as a line from the origin @cite{(0,0,0)} to the
3275 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3276 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3277 vector.
3279 @smallexample
3280 @group
3281 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3282 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3283 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3284     .                 .
3286     M-@key{RET}             M-2 A          * /             I C
3287 @end group
3288 @end smallexample
3290 @noindent
3291 First we recall the arguments to the dot product command, then
3292 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3293 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3294 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3295 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3296 is about 56 degrees.
3298 @cindex Cross product
3299 @cindex Perpendicular vectors
3300 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3301 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3302 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3303 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3304 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3305 our computation of the angle using the cross product.
3307 @smallexample
3308 @group
3309 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3310 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3311     .          1:  [7, 6, 0]
3312                    .
3314     r 1 r 2        V C  s 3  M-@key{RET}    M-2 A * /                 A I S
3315 @end group
3316 @end smallexample
3318 @noindent
3319 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3320 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3321 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3322 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3324 @c [fix-ref General Mode Commands]
3325 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3326 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3327 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3328 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3329 prefix keys have this property.)
3331 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3332 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3333 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3335 @smallexample
3336 @group
3337 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3338 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3339     .                                 .
3341     r 1 r 3            *          @key{DEL} r 2 r 3            *
3342 @end group
3343 @end smallexample
3345 @cindex Normalizing a vector
3346 @cindex Unit vectors
3347 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3348 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3349 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3350 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3352 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3353 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3354 those positions in the form of a vector, and another list of the
3355 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3356 Find the average position of the particle.
3357 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3359 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3360 @subsection Matrices
3362 @noindent
3363 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3364 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3365 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3366 both methods here:
3368 @smallexample
3369 @group
3370 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3371       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3372     .                             .
3374   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] @key{RET}
3375 @end group
3376 @end smallexample
3378 @noindent
3379 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3381 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3382 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3383 the second example.
3385 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3386 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3387 Row @cite{i}, column @cite{j} of the result is effectively the
3388 dot product of row @cite{i} of the left matrix by column @cite{j}
3389 of the right matrix.
3391 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3392 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3394 @smallexample
3395 @group
3396 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3397       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3398     .
3400     @key{RET} *
3401 @end group
3402 @end smallexample
3404 @noindent
3405 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3406 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3407 been left in symbolic form.
3409 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3411 @smallexample
3412 @group
3413 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3414       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3415 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3416       [ 2, 5 ]                                    .
3417       [ 3, 6 ] ]
3418     .
3420     U v t                   *                     U @key{TAB} *
3421 @end group
3422 @end smallexample
3424 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3425 order of the operands can even change the dimensions of the result
3426 matrix, as happened here!
3428 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3429 single row or column depending on which side of the matrix it is
3430 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3431 as a row or column as appropriate.
3433 @smallexample
3434 @group
3435 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3436       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3437 1:  [1, 2, 3]
3438     .
3440     r 4 r 1                *
3441 @end group
3442 @end smallexample
3444 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3445 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3446 vector.
3448 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3449 of the above @c{$2\times3$}
3450 @asis{2x3} matrix to get @cite{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to
3451 sum along the columns to get @cite{[5, 7, 9]}.
3452 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3454 @cindex Identity matrix
3455 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3456 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3457 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3458 the original matrix.
3460 @smallexample
3461 @group
3462 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3463       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3464     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3465                              [ 0, 1, 0 ]
3466                              [ 0, 0, 1 ] ]
3467                            .
3469     r 4                    v i 3 @key{RET}              *
3470 @end group
3471 @end smallexample
3473 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3474 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3475 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3476 inverse of a matrix.
3478 @smallexample
3479 @group
3480 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3481       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3482       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3483     .                      .
3485     r 4 r 2 |  s 5         &
3486 @end group
3487 @end smallexample
3489 @noindent
3490 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3491 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3492 our matrix to make it square.
3494 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3496 @smallexample
3497 @group
3498 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3499       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3500       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3501     .                         .
3503     M-@key{RET}  *                  U @key{TAB} *
3504 @end group
3505 @end smallexample
3507 @cindex Systems of linear equations
3508 @cindex Linear equations, systems of
3509 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3510 Suppose we had the following set of equations:
3512 @ifinfo
3513 @group
3514 @example
3515     a + 2b + 3c = 6
3516    4a + 5b + 6c = 2
3517    7a + 6b      = 3
3518 @end example
3519 @end group
3520 @end ifinfo
3521 @tex
3522 \turnoffactive
3523 \beforedisplayh
3524 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3525 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3526    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3527    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3528    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3529   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3530  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3531  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3533 \afterdisplayh
3534 @end tex
3536 @noindent
3537 This can be cast into the matrix equation,
3539 @ifinfo
3540 @group
3541 @example
3542    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3543      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3544      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3545 @end example
3546 @end group
3547 @end ifinfo
3548 @tex
3549 \turnoffactive
3550 \beforedisplay
3551 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3552    \times
3553    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3555 \afterdisplay
3556 @end tex
3558 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3559 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3561 @smallexample
3562 @group
3563 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3564 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3565       [ 4, 5, 6 ]
3566       [ 7, 6, 0 ] ]
3567     .
3569     [6,2,3] r 5            /
3570 @end group
3571 @end smallexample
3573 @noindent
3574 The result is the @cite{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3575 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3576 inverse.)
3578 Let's verify this solution:
3580 @smallexample
3581 @group
3582 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3583       [ 4, 5, 6 ]                    .
3584       [ 7, 6, 0 ] ]
3585 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3586     .
3588     r 5  @key{TAB}                         *
3589 @end group
3590 @end smallexample
3592 @noindent
3593 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3594 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3595 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3596 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3597 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3598 vectors, use explicit @c{$N\times1$}
3599 @asis{Nx1} or @c{$1\times N$}
3600 @asis{1xN} matrices instead.
3601 In this case, you would enter the original column vector as
3602 @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3604 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3605 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3606 system of equations to get expressions for @cite{x} and @cite{y}
3607 in terms of @cite{a} and @cite{b}.
3609 @ifinfo
3610 @group
3611 @example
3612    x + a y = 6
3613    x + b y = 10
3614 @end example
3615 @end group
3616 @end ifinfo
3617 @tex
3618 \turnoffactive
3619 \beforedisplay
3620 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3621              x &+ b y = 10}
3623 \afterdisplay
3624 @end tex
3626 @noindent
3627 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3629 @cindex Least-squares for over-determined systems
3630 @cindex Over-determined systems of equations
3631 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3632 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3633 there are no values for the variables that will satisfy all the
3634 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3635 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3636 you can't solve @cite{A X = B} directly because the matrix @cite{A}
3637 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3638 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3639 on the left by the transpose of @cite{A}:
3640 @ifinfo
3641 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3642 @end ifinfo
3643 @tex
3644 \turnoffactive
3645 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3646 @end tex
3647 Now @c{$A^T A$}
3648 @cite{trn(A)*A} is a square matrix so a solution is possible.  It
3649 turns out that the @cite{X} vector you compute in this way will be a
3650 ``least-squares'' solution, which can be regarded as the ``closest''
3651 solution to the set of equations.  Use Calc to solve the following
3652 over-determined system:@refill
3654 @ifinfo
3655 @group
3656 @example
3657     a + 2b + 3c = 6
3658    4a + 5b + 6c = 2
3659    7a + 6b      = 3
3660    2a + 4b + 6c = 11
3661 @end example
3662 @end group
3663 @end ifinfo
3664 @tex
3665 \turnoffactive
3666 \beforedisplayh
3667 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3668 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3669    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3670    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3671    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3672   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3673  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3674  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3675  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3677 \afterdisplayh
3678 @end tex
3680 @noindent
3681 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3683 @node List Tutorial, , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3684 @subsection Vectors as Lists
3686 @noindent
3687 @cindex Lists
3688 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3689 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3690 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3691 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3692 number.
3694 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3696 @smallexample
3697 @group
3698 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3699 2:  20             .                2:  20
3700 1:  30                              1:  30
3701     .                                   .
3703                    M-3 v p              v u
3704 @end group
3705 @end smallexample
3707 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3708 of many copies of a given value:
3710 @smallexample
3711 @group
3712 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3713     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3714                         .                   .
3716     v x 4 @key{RET}           17                  v b 4 @key{RET}
3717 @end group
3718 @end smallexample
3720 You can apply an operator to every element of a vector using the
3721 @dfn{map} command.
3723 @smallexample
3724 @group
3725 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3726     .                      .                            .
3728     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3729 @end group
3730 @end smallexample
3732 @noindent
3733 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3734 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3735 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3736 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3737 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3738 of each element.
3740 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3741 from @c{$2^{-4}$}
3742 @cite{2^-4} to @cite{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3744 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3745 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3746 elements in the vector:
3748 @smallexample
3749 @group
3750 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3751     .              .                           .
3753     123123         k f                         V R *
3754 @end group
3755 @end smallexample
3757 @noindent
3758 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3759 multiply those factors together again to yield the original number.
3761 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3762 reduction:
3764 @smallexample
3765 @group
3766 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3767 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3768     .
3770     r 1 r 2           V M *              V R +
3771 @end group
3772 @end smallexample
3774 @noindent
3775 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3776 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3777 for the dot product as before.
3779 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3780 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3781 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3783 @smallexample
3784 @group
3785 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3786     .                         .
3788     v x 6 @key{RET}                 V U *
3789 @end group
3790 @end smallexample
3792 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
3793 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
3794 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
3795 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
3796 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
3797 vector size).
3799 @smallexample
3800 @group
3801 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
3802     .                         .
3804     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3805 @end group
3806 @end smallexample
3808 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
3809 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
3810 ``abbreviated'' like this:
3812 @smallexample
3813 @group
3814 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
3815     .                         .
3817     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3818 @end group
3819 @end smallexample
3821 @noindent
3822 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
3823 You will find both operations are now much faster.  But notice that
3824 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
3825 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
3826 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
3827 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
3828 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
3830 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
3831 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
3832 with the full, unabbreviated value.
3834 @cindex Least-squares for fitting a straight line
3835 @cindex Fitting data to a line
3836 @cindex Line, fitting data to
3837 @cindex Data, extracting from buffers
3838 @cindex Columns of data, extracting
3839 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
3840 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
3841 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
3842 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
3843 of values in a file we have loaded into Emacs:
3845 @smallexample
3846   x        y
3847  ---      ---
3848  1.34    0.234
3849  1.41    0.298
3850  1.49    0.402
3851  1.56    0.412
3852  1.64    0.466
3853  1.73    0.473
3854  1.82    0.601
3855  1.91    0.519
3856  2.01    0.603
3857  2.11    0.637
3858  2.22    0.645
3859  2.33    0.705
3860  2.45    0.917
3861  2.58    1.009
3862  2.71    0.971
3863  2.85    1.062
3864  3.00    1.148
3865  3.15    1.157
3866  3.32    1.354
3867 @end smallexample
3869 @noindent
3870 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
3871 easiest to press @kbd{M-# i} to enter the on-line Info version of
3872 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
3873 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
3875 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
3876 to the left of the @cite{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
3877 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-@key{SPC}}, or @kbd{NUL}.)
3878 Now position the cursor to the lower-right, just after the @cite{1.354}.
3879 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
3880 in the Info buffer, type @kbd{M-# r}.  This command
3881 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
3882 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.@refill
3884 @smallexample
3885 @group
3886 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
3887       [ 1.41, 0.298 ]
3888       @dots{}
3889 @end group
3890 @end smallexample
3892 @noindent
3893 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
3894 large matrix.)
3896 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
3897 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
3898 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
3899 of row vectors on the stack.
3901 @smallexample
3902 @group
3903 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3904       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3905     .                                      .
3907     v t                                    v u
3908 @end group
3909 @end smallexample
3911 @noindent
3912 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
3914 @smallexample
3915 @group
3916 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
3917     .
3919     t 2                             t 1
3920 @end group
3921 @end smallexample
3923 @noindent
3924 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
3925 stored value from the stack.)
3927 In a least squares fit, the slope @cite{m} is given by the formula
3929 @ifinfo
3930 @example
3931 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
3932 @end example
3933 @end ifinfo
3934 @tex
3935 \turnoffactive
3936 \beforedisplay
3937 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
3938         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
3939 \afterdisplay
3940 @end tex
3942 @noindent
3943 where @c{$\sum x$}
3944 @cite{sum(x)} represents the sum of all the values of @cite{x}.
3945 While there is an actual @code{sum} function in Calc, it's easier to
3946 sum a vector using a simple reduction.  First, let's compute the four
3947 different sums that this formula uses.
3949 @smallexample
3950 @group
3951 1:  41.63                 1:  98.0003
3952     .                         .
3954  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
3956 @end group
3957 @end smallexample
3958 @noindent
3959 @smallexample
3960 @group
3961 1:  13.613                1:  33.36554
3962     .                         .
3964  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
3965 @end group
3966 @end smallexample
3968 @ifinfo
3969 @noindent
3970 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
3971 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
3972 @samp{sum(x y)}.)
3973 @end ifinfo
3974 @tex
3975 \turnoffactive
3976 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
3977 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
3978 $\sum x y$.)
3979 @end tex
3981 Finally, we also need @cite{N}, the number of data points.  This is just
3982 the length of either of our lists.
3984 @smallexample
3985 @group
3986 1:  19
3987     .
3989  r 1 v l   t 7
3990 @end group
3991 @end smallexample
3993 @noindent
3994 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
3996 Now we grind through the formula:
3998 @smallexample
3999 @group
4000 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
4001     .          1:  566.70919      .
4002                    .
4004  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
4006 @end group
4007 @end smallexample
4008 @noindent
4009 @smallexample
4010 @group
4011 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
4012 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
4013     .          1:  1733.0569      .
4014                    .
4016  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
4017 @end group
4018 @end smallexample
4020 That gives us the slope @cite{m}.  The y-intercept @cite{b} can now
4021 be found with the simple formula,
4023 @ifinfo
4024 @example
4025 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
4026 @end example
4027 @end ifinfo
4028 @tex
4029 \turnoffactive
4030 \beforedisplay
4031 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
4032 \afterdisplay
4033 \vskip10pt
4034 @end tex
4036 @smallexample
4037 @group
4038 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
4039     .          1:  21.70658       .              .
4040                    .
4042    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
4043 @end group
4044 @end smallexample
4046 Let's ``plot'' this straight line approximation, @c{$y \approx m x + b$}
4047 @cite{m x + b}, and compare it with the original data.@refill
4049 @smallexample
4050 @group
4051 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
4052     .                           .
4054     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
4055 @end group
4056 @end smallexample
4058 @noindent
4059 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
4060 to a vector, can be done without mapping commands since these are
4061 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
4062 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
4064 We can subtract this vector from our original @cite{y} vector to get
4065 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
4067 @smallexample
4068 @group
4069 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
4070     .                            .                            .
4072     r 2 -                        V M A                        V R X
4073 @end group
4074 @end smallexample
4076 @noindent
4077 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
4078 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
4079 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
4080 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
4081 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
4082 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
4083 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
4084 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
4085 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
4087 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
4088 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
4089 GNUPLOT 3.0, the following instructions will work regardless of the
4090 kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
4091 may require additional steps to view the graphs.)
4093 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@var{x}'' and ``@var{y}''
4094 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
4095 command does everything you need to do for simple, straightforward
4096 plotting of data.
4098 @smallexample
4099 @group
4100 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4101 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
4102     .
4104     r 1 r 2    g f
4105 @end group
4106 @end smallexample
4108 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
4109 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
4110 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
4111 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
4112 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
4113 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
4115 Next, let's add the line we got from our least-squares fit:
4117 @smallexample
4118 @group
4119 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4120 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
4121     .
4123     @key{DEL} r 0    g a  g p
4124 @end group
4125 @end smallexample
4127 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
4128 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
4129 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
4131 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
4132 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
4133 points are really 19 equations of the form @cite{y_i = m x_i + b} for
4134 different pairs of @cite{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
4135 to solve for @cite{m} and @cite{b}, duplicating the above result.
4136 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
4138 @cindex Geometric mean
4139 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
4140 rectangle, you can use @w{@kbd{M-# g}} (@code{calc-grab-region})
4141 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
4142 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
4143 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
4144 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
4146 @example
4147 2.3  6  22  15.1  7
4148   15  14  7.5
4149   2.5
4150 @end example
4152 @noindent
4153 The @kbd{M-# g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
4154 with or without surrounding vector brackets.
4155 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
4157 @ifinfo
4158 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4159 us that the alternating sum of binomial coefficients
4160 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
4161 on up to @var{n}-choose-@var{n},
4162 always comes out to zero.  Let's verify this
4163 for @cite{n=6}.@refill
4164 @end ifinfo
4165 @tex
4166 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4167 us that the alternating sum of binomial coefficients
4168 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
4169 always comes out to zero.  Let's verify this
4170 for \cite{n=6}.
4171 @end tex
4173 @smallexample
4174 @group
4175 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4176     .                             .
4178     v x 7 @key{RET}                     1 -
4180 @end group
4181 @end smallexample
4182 @noindent
4183 @smallexample
4184 @group
4185 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4186     .                                        .
4188     V M ' (-1)^$ choose(6,$) @key{RET}             V R +
4189 @end group
4190 @end smallexample
4192 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4193 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4194 inside this expression represents the argument to the function.
4195 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4196 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4198 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4199 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ @key{RET}} is
4200 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4201 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4202 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ @key{RET}}
4203 would act exactly like @kbd{-}.
4205 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4206 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4207 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4208 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4209 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4210 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4211 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4212 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4213 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4214 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4215 property that a nameless function is not actually evaluated until
4216 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4217 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4218 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4219 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4221 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4222 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4223 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4224 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4226 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4227 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4228 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4229 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4230 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4231 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4233 @cindex Divisor functions
4234 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @cite{k}th @dfn{divisor function}
4235 @tex
4236 $\sigma_k(n)$
4237 @end tex
4238 is the sum of the @cite{k}th powers of all the divisors of an
4239 integer @cite{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4240 function for reasonably small values of @cite{n}.  As a test,
4241 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4242 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4244 @cindex Square-free numbers
4245 @cindex Duplicate values in a list
4246 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4247 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4248 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4249 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4250 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4251 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4252 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4254 @cindex Triangular lists
4255 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4256 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4257 command to enable multi-line display of vectors.)
4259 @smallexample
4260 @group
4261 1:  [ [1],
4262       [1, 2],
4263       [1, 2, 3],
4264       [1, 2, 3, 4],
4265       [1, 2, 3, 4, 5],
4266       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4267 @end group
4268 @end smallexample
4270 @noindent
4271 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4273 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4275 @smallexample
4276 @group
4277 1:  [ [0],
4278       [1, 2],
4279       [3, 4, 5],
4280       [6, 7, 8, 9],
4281       [10, 11, 12, 13, 14],
4282       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4283 @end group
4284 @end smallexample
4286 @noindent
4287 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4289 @cindex Maximizing a function over a list of values
4290 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4291 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4292 @c{$J_1(x)$}
4293 @cite{J1} function @samp{besJ(1,x)} for @cite{x} from 0 to 5
4294 in steps of 0.25.
4295 Find the value of @cite{x} (from among the above set of values) for
4296 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4297 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4298 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4299 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4300 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})@refill
4302 @cindex Digits, vectors of
4303 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4304 @c{$0 \le N < 10^m$}
4305 @cite{0 <= N < 10^m} for @cite{m=12} (i.e., an integer of less than
4306 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @cite{m}
4307 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4308 add one to this integer to produce a vector of @cite{m+1} digits
4309 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4310 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4311 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4313 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4314 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4315 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4317 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4318 is @c{$\pi$}
4319 @cite{pi}.  The area of the @c{$2\times2$}
4320 @asis{2x2} square that encloses that
4321 circle is 4.  So if we throw @var{n} darts at random points in the square,
4322 about @c{$\pi/4$}
4323 @cite{pi/4} of them will land inside the circle.  This gives us
4324 an entertaining way to estimate the value of @c{$\pi$}
4325 @cite{pi}.  The @w{@kbd{k r}}
4326 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4327 We could get a random floating-point number between @i{-1} and 1 by typing
4328 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @cite{(x,y)} points in
4329 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4330 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4331 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4333 @cindex Matchstick problem
4334 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4335 another way to calculate @c{$\pi$}
4336 @cite{pi}.  Say you have an infinite field
4337 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4338 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4339 a line turns out to be @c{$2/\pi$}
4340 @cite{2/pi}.  Toss 100 matchsticks to estimate
4341 @c{$\pi$}
4342 @cite{pi}.  (If you want still more fun, the probability that the GCD
4343 (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is one turns out to be @c{$6/\pi^2$}
4344 @cite{6/pi^2}.
4345 That provides yet another way to estimate @c{$\pi$}
4346 @cite{pi}.)
4347 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4349 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4350 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4351 (ASCII) codes of the characters (here, @cite{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4352 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4353 which is just an integer that represents the value of that string.
4354 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4355 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4356 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4357 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4358 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4359 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4360 One popular hash function is computed as follows:  First set @cite{h = 0}.
4361 Then, for each character from the string in turn, set @cite{h = 3h + c_i}
4362 where @cite{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4363 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4364 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4365 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4366 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4368 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4369 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4370 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4371 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4372 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4373 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4374 @cite{(0,0)}; then take one step a random distance between @i{-1} and 1
4375 in both @cite{x} and @cite{y}; then take another step, and so on.  Use the
4376 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4377 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4378 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4379 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4381 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4382 @section Types Tutorial
4384 @noindent
4385 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4386 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4388 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4389 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4390 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4391 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4392 which can exactly represent any rational number.
4394 @smallexample
4395 @group
4396 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4397     .          1:  49             .              .              .
4398                    .
4400     10 !           49 @key{RET}         :              2 +            &
4401 @end group
4402 @end smallexample
4404 @noindent
4405 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4406 would normally divide integers to get a floating-point result.
4407 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4408 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4409 fraction beginning with 49.
4411 You can convert between floating-point and fractional format using
4412 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4414 @smallexample
4415 @group
4416 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4417     .                       .
4419     c f                     c F
4420 @end group
4421 @end smallexample
4423 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4424 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4425 same, to within the current precision.
4427 @smallexample
4428 @group
4429 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4430     .                   .                    .            .
4432     P                   c F      @key{DEL}       p 5 @key{RET} P      c F
4433 @end group
4434 @end smallexample
4436 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4437 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4438 product of @c{$\pi$}
4439 @cite{pi} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4440 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4442 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4444 @smallexample
4445 @group
4446 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4447     .          .             .              .              .
4449     9 n        Q             c p            2 *            Q
4450 @end group
4451 @end smallexample
4453 @noindent
4454 The square root of @i{-9} is by default rendered in rectangular form
4455 (@w{@cite{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4456 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4457 operations are defined on both types of complex numbers.
4459 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4460 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4461 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4462 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4463 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4464 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4465 algebraic entry.
4467 @smallexample
4468 @group
4469 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4470 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4471     .              .              .              .
4473 ' inf @key{RET} 17 n     *  @key{RET}         72 +           A              +
4474 @end group
4475 @end smallexample
4477 @noindent
4478 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4479 number (like @i{-17}) has no effect, except that since @i{-17}
4480 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4481 (``A huge positive number, multiplied by @i{-17}, yields a huge
4482 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4483 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4484 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4485 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4486 the answer to be @i{-72} for this.  But the 72 has been completely
4487 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4488 the finite difference between them, if any, is indetectable.
4489 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4490 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4492 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4493 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4494 to turn on ``infinite mode.''
4496 @smallexample
4497 @group
4498 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4499 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4500 1:  0              .              .              .
4501     .
4503   1 @key{RET} 0          /       m i    U /            17 n *         +
4504 @end group
4505 @end smallexample
4507 @noindent
4508 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4509 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4510 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4511 @cite{1 / x} around @w{@cite{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4512 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4513 infinity as you approach from below.  Since we said only @cite{1 / 0},
4514 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4515 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4516 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4517 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4518 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4519 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4520 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4521 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4522 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4523 that matter, with anything else.
4525 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4526 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4527 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4528 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4529 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4531 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4532 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4533 a complex number?  Can it stand for infinity?
4534 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4536 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4537 seconds.
4539 @smallexample
4540 @group
4541 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4542     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4543                                         .
4545   2@@ 30' @key{RET}          1 +               @key{RET} 2 /           /
4546 @end group
4547 @end smallexample
4549 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4550 seconds.
4552 @smallexample
4553 @group
4554 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4555     .              .              .                     .
4557     0.5            I T            c h                   S
4558 @end group
4559 @end smallexample
4561 @noindent
4562 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4563 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4564 functions will accept HMS forms directly as input.
4566 @cindex Beatles
4567 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4568 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4569 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4570 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4571 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4573 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4574 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4575 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4577 @smallexample
4578 @group
4579 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4580 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4581     .
4583 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> @key{RET}           -
4584 @end group
4585 @end smallexample
4587 @noindent
4588 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4589 number of days between them.  It is also possible to add an
4590 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4591 date form.
4593 @smallexample
4594 @group
4595 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4596     .                                    .
4598     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4599 @end group
4600 @end smallexample
4602 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4603 @noindent
4604 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4605 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4606 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4607 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4608 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4609 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4611 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4612 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4614 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4615 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4617 @cindex Slope and angle of a line
4618 @cindex Angle and slope of a line
4619 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4620 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4621 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4622 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4623 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4624 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4626 @smallexample
4627 @group
4628 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4629     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4630                      .
4632     8 p .2 @key{RET}       30 p 1          /                     I T
4633 @end group
4634 @end smallexample
4636 @noindent
4637 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4638 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4639 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4641 @cindex Torus, volume of
4642 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4643 @c{$2 \pi^2 R r^2$}
4644 @w{@cite{2 pi^2 R r^2}} where @cite{R} is the radius of the circle that
4645 defines the center of the tube and @cite{r} is the radius of the tube
4646 itself.  Suppose @cite{R} is 20 cm and @cite{r} is 4 cm, each known to
4647 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4648 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4650 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4651 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4652 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4653 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4654 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4656 @smallexample
4657 @group
4658 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4659     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4660                       .
4662   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4663 @end group
4664 @end smallexample
4666 @noindent
4667 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4668 is sure to lie in the range shown.
4670 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4671 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4672 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4673 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4674 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4675 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4676 the other.
4678 @smallexample
4679 @group
4680 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4681     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4682                                       .
4684   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4685 @end group
4686 @end smallexample
4688 @noindent
4689 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4690 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4691 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4692 or both endpoints.
4694 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4695 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4696 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4697 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4698 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4700 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4701 are @kbd{@key{RET} *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4702 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4703 If not, which of these will result in a larger interval?
4704 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4706 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @var{m}.
4707 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4708 or 24 hours.
4710 @smallexample
4711 @group
4712 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4713     .                .                .                .
4715     17 M 24 @key{RET}      10 +             n                5 /
4716 @end group
4717 @end smallexample
4719 @noindent
4720 In this last step, Calc has found a new number which, when multiplied
4721 by 5 modulo 24, produces the original number, 21.  If @var{m} is prime
4722 it is always possible to find such a number.  For non-prime @var{m}
4723 like 24, it is only sometimes possible.
4725 @smallexample
4726 @group
4727 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4728     .                .                .                .
4730     10 M 24 @key{RET}      100 ^            10 @key{RET} 100 ^     24 %
4731 @end group
4732 @end smallexample
4734 @noindent
4735 These two calculations get the same answer, but the first one is
4736 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4737 that arises in the second one.
4739 @cindex Fermat, primality test of
4740 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4741 says that @c{\w{$x^{n-1} \bmod n = 1$}}
4742 @cite{x^(n-1) mod n = 1} if @cite{n} is a prime number
4743 and @cite{x} is an integer less than @cite{n}.  If @cite{n} is
4744 @emph{not} a prime number, this will @emph{not} be true for most
4745 values of @cite{x}.  Thus we can test informally if a number is
4746 prime by trying this formula for several values of @cite{x}.
4747 Use this test to tell whether the following numbers are prime:
4748 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4750 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4751 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4752 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4753 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4755 @smallexample
4756 @group
4757 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4758     .                                 .
4760     x time @key{RET}                        n
4761 @end group
4762 @end smallexample
4764 @noindent
4765 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4767 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4768 is about @c{$\pi \times 10^7$}
4769 @w{@cite{pi * 10^7}} seconds.  What time will it be that
4770 many seconds from right now?  @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4772 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
4773 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
4774 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
4775 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
4776 of music.  Should you order single or double packages?
4777 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
4779 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
4780 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
4781 application of algebraic expressions, where we use variables with
4782 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
4783 like centimeters and inches.
4785 @smallexample
4786 @group
4787 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
4788     .               .                .                   .
4790     ' 2in @key{RET}       u c cm @key{RET}       u c fath @key{RET}        u b
4791 @end group
4792 @end smallexample
4794 @noindent
4795 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
4796 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
4797 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
4798 which in this case means meters.
4800 @smallexample
4801 @group
4802 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
4803     .              .                  .              .
4805  ' 9 acre @key{RET}      Q                  u s            ' $+30 cm @key{RET}
4807 @end group
4808 @end smallexample
4809 @noindent
4810 @smallexample
4811 @group
4812 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
4813     .                .                     .
4815     u s              2 ^                   u c cgs
4816 @end group
4817 @end smallexample
4819 @noindent
4820 Since units expressions are really just formulas, taking the square
4821 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
4822 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
4823 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
4824 being interpreted as unit names.
4826 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
4827 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
4828 as its standard unit of length.
4830 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
4832 @smallexample
4833 @group
4834 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
4835     .              .                  .                     .
4837  ' 55 mph @key{RET}      u c kph @key{RET}        u c km/hr @key{RET}         u c c @key{RET}
4838 @end group
4839 @end smallexample
4841 @noindent
4842 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
4843 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
4844 finally in terms of fractions of the speed of light.
4846 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
4847 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
4848 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
4849 units there is no difference, but temperature units have an offset
4850 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
4851 for them.
4853 @smallexample
4854 @group
4855 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -20:3 degC    1:  -6.666 degC
4856     .                 .                    .                 .
4858   ' 20 degF @key{RET}       u c degC @key{RET}         U u t degC @key{RET}    c f
4859 @end group
4860 @end smallexample
4862 @noindent
4863 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
4864 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
4865 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.  Since
4866 this comes out as an exact fraction, we then convert to floating-point
4867 for easier comparison with the other result.
4869 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
4870 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
4871 When you use this method, you're responsible for remembering which
4872 numbers are in which units:
4874 @smallexample
4875 @group
4876 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
4877     .              .                        .
4879     55             u c mph @key{RET} kph @key{RET}      u c km/hr @key{RET} c @key{RET}
4880 @end group
4881 @end smallexample
4883 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
4884 @w{@kbd{M-# c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
4885 at the units table.
4887 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
4888 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
4890 @cindex Speed of light
4891 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
4892 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
4893 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
4894 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
4895 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
4897 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
4898 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
4899 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
4900 swallow and still travel legally on most US highways?
4901 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
4903 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
4904 @section Algebra and Calculus Tutorial
4906 @noindent
4907 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
4908 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
4909 formulas.
4911 @menu
4912 * Basic Algebra Tutorial::
4913 * Rewrites Tutorial::
4914 @end menu
4916 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
4917 @subsection Basic Algebra
4919 @noindent
4920 If you enter a formula in algebraic mode that refers to variables,
4921 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
4922 formulas as regular data objects.
4924 @smallexample
4925 @group
4926 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (6 - 2 x^2) (3 x^2 + y)
4927     .                   .                   .
4929     ' 2x^2-6 @key{RET}        n                   ' 3x^2+y @key{RET} *
4930 @end group
4931 @end smallexample
4933 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x @key{RET} Q 2 ^} and
4934 @kbd{' x @key{RET} 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
4935 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
4937 There are also commands for doing common algebraic operations on
4938 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
4940 @smallexample
4941 @group
4942 1:  18 x^2 + 6 y - 6 x^4 - 2 x^2 y    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
4943     .                                     .
4945     a x                                   a c x @key{RET}
4946 @end group
4947 @end smallexample
4949 @noindent
4950 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
4951 terms involving like powers of @cite{x}.
4953 Let's find the value of this expression when @cite{x} is 2 and @cite{y}
4954 is one-half.
4956 @smallexample
4957 @group
4958 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
4959     .                           .
4961     1:2 s l y @key{RET}               2 s l x @key{RET}
4962 @end group
4963 @end smallexample
4965 @noindent
4966 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
4967 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
4968 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
4969 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
4970 back to its original value, if any.
4972 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
4973 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
4974 unstore it with @kbd{s u x @key{RET}} before the above example will work
4975 properly.)
4977 @cindex Maximum of a function using Calculus
4978 Let's find the maximum value of our original expression when @cite{y}
4979 is one-half and @cite{x} ranges over all possible values.  We can
4980 do this by taking the derivative with respect to @cite{x} and examining
4981 values of @cite{x} for which the derivative is zero.  If the second
4982 derivative of the function at that value of @cite{x} is negative,
4983 the function has a local maximum there.
4985 @smallexample
4986 @group
4987 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
4988     .                           .
4990     U @key{DEL}  s 1                  a d x @key{RET}   s 2
4991 @end group
4992 @end smallexample
4994 @noindent
4995 Well, the derivative is clearly zero when @cite{x} is zero.  To find
4996 the other root(s), let's divide through by @cite{x} and then solve:
4998 @smallexample
4999 @group
5000 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 x / x - 24 x^3 / x    1:  34 - 24 x^2
5001     .                          .                            .
5003     ' x @key{RET} /                  a x                          a s
5005 @end group
5006 @end smallexample
5007 @noindent
5008 @smallexample
5009 @group
5010 1:  34 - 24 x^2 = 0        1:  x = 1.19023
5011     .                          .
5013     0 a =  s 3                 a S x @key{RET}
5014 @end group
5015 @end smallexample
5017 @noindent
5018 Notice the use of @kbd{a s} to ``simplify'' the formula.  When the
5019 default algebraic simplifications don't do enough, you can use
5020 @kbd{a s} to tell Calc to spend more time on the job.
5022 Now we compute the second derivative and plug in our values of @cite{x}:
5024 @smallexample
5025 @group
5026 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
5027     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
5028                        .                   .
5030     a .                r 2                 a d x @key{RET} s 4
5031 @end group
5032 @end smallexample
5034 @noindent
5035 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
5036 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
5037 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 @key{DEL}}
5038 to delete the @samp{x}.)
5040 @smallexample
5041 @group
5042 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
5043 1:  1.19023           .            1:  0                   .
5044     .                                  .
5046     @key{TAB}               s l x @key{RET}        U @key{DEL} 0             s l x @key{RET}
5047 @end group
5048 @end smallexample
5050 @noindent
5051 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
5052 has a maximum value at @cite{x = 1.19023}.  (The function also has a
5053 local @emph{minimum} at @cite{x = 0}.)
5055 When we solved for @cite{x}, we got only one value even though
5056 @cite{34 - 24 x^2 = 0} is a quadratic equation that ought to have
5057 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
5058 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
5059 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @cite{+}.
5060 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
5061 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
5063 @smallexample
5064 @group
5065 1:  34 - 24 x^2 = 0    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
5066     .                      .                       .
5068     r 3                    H a S x @key{RET}  s 5        1 n  s l s1 @key{RET}
5069 @end group
5070 @end smallexample
5072 @noindent
5073 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
5074 it is supposed to be either @i{+1} or @i{-1}.  Here we have used
5075 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
5076 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
5077 negative, answer, so @cite{x = -1.19023} is also a maximum.
5079 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @cite{x}
5080 into the original formula.
5082 @smallexample
5083 @group
5084 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
5085 1:  x = 1.19023 s1            .
5086     .
5088     r 1 r 5                   s l @key{RET}
5089 @end group
5090 @end smallexample
5092 @noindent
5093 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
5094 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
5095 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
5097 It's clear that this will have the same value for either sign of
5098 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
5100 @smallexample
5101 @group
5102 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
5103 1:  24.08333 s1^2 ...        .
5104     .
5106   [ 1 n , 1 ] @key{TAB}            V M $ @key{RET}
5107 @end group
5108 @end smallexample
5110 @noindent
5111 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
5112 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
5113 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
5114 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
5115 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
5116 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
5117 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
5118 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
5119 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
5120 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
5122 If there had been several different values, we could have used
5123 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
5125 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
5126 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
5127 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
5128 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
5129 @cite{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
5130 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
5131 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
5132 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
5134 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
5135 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
5136 sequence of commands would you use to reconstruct the original
5137 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
5138 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
5139 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
5141 The @kbd{m s} command enables ``symbolic mode,'' in which formulas
5142 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
5143 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
5144 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
5146 @smallexample
5147 @group
5148 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
5149 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
5150     .                        .
5152     r 2  @key{RET}     m s  m f    a P x @key{RET}
5153 @end group
5154 @end smallexample
5156 One more mode that makes reading formulas easier is ``Big mode.''
5158 @smallexample
5159 @group
5160                3
5161 2:  34 x - 24 x
5163       ____   ____
5164      V 51   V 51
5165 1:  [-----, -----, 0]
5166        6     -6
5168     .
5170     d B
5171 @end group
5172 @end smallexample
5174 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5175 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5176 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, and @TeX{} mode.
5178 @smallexample
5179 @group
5180 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5181 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5182     .                                     .
5184     d C                                   d F
5186 @end group
5187 @end smallexample
5188 @noindent
5189 @smallexample
5190 @group
5191 3:  34 x - 24 x^3
5192 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5193 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5194     .
5196     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 @key{RET}
5197 @end group
5198 @end smallexample
5200 @noindent
5201 As you can see, language modes affect both entry and display of
5202 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5203 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5204 and notations for vectors and matrices.
5206 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5207 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5208 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5209 produced by the various language modes to make sure they are fully
5210 correct.
5212 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5213 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5214 are shown in normal mode.)
5216 @cindex Area under a curve
5217 What is the area under the portion of this curve from @cite{x = 1} to @cite{2}?
5218 This is simply the integral of the function:
5220 @smallexample
5221 @group
5222 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5223     .                          .
5225     r 1                        a i x
5226 @end group
5227 @end smallexample
5229 @noindent
5230 We want to evaluate this at our two values for @cite{x} and subtract.
5231 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5233 @smallexample
5234 @group
5235 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5236 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5238    [ 2 , 1 ] @key{TAB}          V M $ @key{RET}                  V R -
5239 @end group
5240 @end smallexample
5242 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @cite{y}
5243 of @c{$x \sin \pi x$}
5244 @w{@cite{x sin(pi x)}} (where the sine is calculated in radians).
5245 Find the values of the integral for integers @cite{y} from 1 to 5.
5246 @xref{Algebra Answer 3, 3}. (@bullet{})
5248 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5249 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5250 under the curve @c{$\sin x \ln x$}
5251 @cite{sin(x) ln(x)} over the same range of @cite{x}.  If
5252 you entered this formula and typed @kbd{a i x @key{RET}} (don't bother to try
5253 this), Calc would work for a long time but would be unable to find a
5254 solution.  In fact, there is no closed-form solution to this integral.
5255 Now what do we do?
5257 @cindex Integration, numerical
5258 @cindex Numerical integration
5259 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5260 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5261 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5262 We can save some time by reducing the working precision.
5264 @smallexample
5265 @group
5266 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5267 2:  1                       .
5268 1:  0.1
5269     .
5271  10 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}        C-u v x
5272 @end group
5273 @end smallexample
5275 @noindent
5276 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5277 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 @key{RET} 9 + .1 *}.)
5279 @smallexample
5280 @group
5281 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5282 1:  sin(x) ln(x)                    .
5283     .
5285     ' sin(x) ln(x) @key{RET}  s 1    m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
5287 @end group
5288 @end smallexample
5289 @noindent
5290 @smallexample
5291 @group
5292 1:  3.4195     0.34195
5293     .          .
5295     V R +      0.1 *
5296 @end group
5297 @end smallexample
5299 @noindent
5300 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5301 to radians mode?)
5303 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5304 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5305 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5306 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5307 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5308 is the same for every box.)
5310 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5311 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5313 @smallexample
5314 @group
5315 1:  sin(x) ln(x)    1:  0.84147 x - 0.84147 + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5316     .                   .
5318     r 1                 a t x=1 @key{RET} 4 @key{RET}
5319 @end group
5320 @end smallexample
5322 @noindent
5323 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5324 about the point @cite{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5325 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5327 @smallexample
5328 @group
5329 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5330     .                        .                            .
5332     a i x @key{RET}            [ 2 , 1 ] @key{TAB}  V M $ @key{RET}         V R -
5333 @end group
5334 @end smallexample
5336 @noindent
5337 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5338 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5339 (Taylor series converge better away from singularities in the
5340 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5341 expand the series about the points @cite{x=2} or @cite{x=1.5} instead
5342 of @cite{x=1}.)
5344 @cindex Simpson's rule
5345 @cindex Integration by Simpson's rule
5346 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5347 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5348 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5349 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5350 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5351 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5352 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5353 down to the formula,
5355 @ifinfo
5356 @example
5357 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5358               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5359 @end example
5360 @end ifinfo
5361 @tex
5362 \turnoffactive
5363 \beforedisplay
5364 $$ \displaylines{
5365       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5366    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5367 } $$
5368 \afterdisplay
5369 @end tex
5371 @noindent
5372 where @cite{n} (which must be even) is the number of slices and @cite{h}
5373 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5374 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5375 method:
5377 @ifinfo
5378 @example
5379 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5380           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5381 @end example
5382 @end ifinfo
5383 @tex
5384 \turnoffactive
5385 \beforedisplay
5386 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5387            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5388 \afterdisplay
5389 @end tex
5391 Compute the integral from 1 to 2 of @c{$\sin x \ln x$}
5392 @cite{sin(x) ln(x)} using
5393 Simpson's rule with 10 slices.  @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5395 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5396 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5397 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5398 result until the current precision is satisfied.
5400 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5401 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5402 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5403 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5404 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5405 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5406 details and examples.
5408 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5409 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5411 @node Rewrites Tutorial, , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5412 @subsection Rewrite Rules
5414 @noindent
5415 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5416 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5417 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5418 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5420 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5422 @smallexample
5423 @group
5424 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)
5425     .
5427     ' 1/cos(x) - sin(x) tan(x) @key{RET}   s 1
5428 @end group
5429 @end smallexample
5431 @noindent
5432 If we were simplifying this by hand, we'd probably replace the
5433 @samp{tan} with a @samp{sin/cos} first, then combine over a common
5434 denominator.  There is no Calc command to do the former; the @kbd{a n}
5435 algebra command will do the latter but we'll do both with rewrite
5436 rules just for practice.
5438 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5440 @smallexample
5441 @group
5442 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)
5443     .
5445     a r tan(a) := sin(a)/cos(a) @key{RET}
5446 @end group
5447 @end smallexample
5449 @noindent
5450 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5451 by itself the formula @samp{tan(a) := sin(a)/cos(a)} doesn't do anything,
5452 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5453 it as a rewrite rule.)
5455 The lefthand side, @samp{tan(a)}, is called the @dfn{pattern} of the
5456 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5457 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5458 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5459 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5460 the actual variable @samp{x}.
5462 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5463 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5464 substituted with the things they matched.  So the result is
5465 @samp{sin(x) / cos(x)}.  Calc's normal algebraic simplifications then
5466 mix this in with the rest of the original formula.
5468 To merge over a common denominator, we can use another simple rule:
5470 @smallexample
5471 @group
5472 1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5473     .
5475     a r a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}
5476 @end group
5477 @end smallexample
5479 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5480 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5481 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5482 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5483 denominators.
5485 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5486 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5487 the subformula @samp{cos(x)}; Calc never confuses the two meanings of
5488 @samp{x}.
5490 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5491 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5492 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5493 @samp{a = 1}, @samp{b = -sin(x)^2}, and @samp{x = cos(x)}.
5495 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5496 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5497 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5498 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5499 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5500 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5502 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5503 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}, but of course we must first rearrange
5504 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5505 would be @samp{@w{1 - sin(x)^2} := cos(x)^2}, but a little thought shows
5506 that the rule @samp{sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2} will also work.  The
5507 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5508 situations, too.
5510 @smallexample
5511 @group
5512 1:  (1 + cos(x)^2 - 1) / cos(x)           1:  cos(x)
5513     .                                         .
5515     a r sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}          a s
5516 @end group
5517 @end smallexample
5519 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5520 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5521 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5522 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5523 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5524 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5525 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5526 having to retype it.
5528 @smallexample
5529 @group
5530 ' tan(x) := sin(x)/cos(x) @key{RET}      s t tsc @key{RET}
5531 ' a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}         s t merge @key{RET}
5532 ' sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}     s t sinsqr @key{RET}
5534 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)     1:  cos(x)
5535     .                                  .
5537     r 1                a r tsc @key{RET}  a r merge @key{RET}  a r sinsqr @key{RET}  a s
5538 @end group
5539 @end smallexample
5541 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5542 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{M-# M-#} or
5543 @kbd{C-c C-c} to store the edited value back into the variable.
5544 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5546 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5547 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5548 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5549 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5550 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5551 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5552 another good reason to store your rules in variables rather than
5553 entering them on the fly.
5555 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get symbolic
5556 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5557 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying both
5558 sides by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5559 to be expanded by the distributive law; do this with another
5560 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5562 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5563 a variable containing a vector of rules.
5565 @smallexample
5566 @group
5567 1:  [tsc, merge, sinsqr]          1:  [tan(x) := sin(x) / cos(x), ... ]
5568     .                                 .
5570     ' [tsc,merge,sinsqr] @key{RET}          =
5572 @end group
5573 @end smallexample
5574 @noindent
5575 @smallexample
5576 @group
5577 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)    1:  cos(x)
5578     .                                 .
5580     s t trig @key{RET}  r 1                 a r trig @key{RET}  a s
5581 @end group
5582 @end smallexample
5584 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5585 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5586 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5587 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5588 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5589 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5591 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5592 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5593 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5594 only one rewrite at a time.
5596 @smallexample
5597 @group
5598 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)    1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5599     .                                     .
5601     r 1  M-1 a r trig @key{RET}                 M-1 a r trig @key{RET}
5602 @end group
5603 @end smallexample
5605 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5606 of rewrites that occur.
5608 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5609 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5611 @smallexample
5612 @group
5613 1:  exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i)
5614     .
5616     ' exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i) @key{RET}
5618 @end group
5619 @end smallexample
5620 @noindent
5621 @smallexample
5622 @group
5623 1:  1 + exp(3 pi i) + 1
5624     .
5626     a r exp(k pi i) := 1 :: k % 2 = 0 @key{RET}
5627 @end group
5628 @end smallexample
5630 @noindent
5631 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5632 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5634 An interesting point is that the variables @samp{pi} and @samp{i}
5635 were matched literally rather than acting as meta-variables.
5636 This is because they are special-constant variables.  The special
5637 constants @samp{e}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5638 A common error with rewrite
5639 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5640 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5641 only when the fifth argument is literally @samp{e}!@refill
5643 @cindex Fibonacci numbers
5644 @ignore
5645 @starindex
5646 @end ignore
5647 @tindex fib
5648 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5649 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5650 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5651 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5652 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5654 @smallexample
5655 @group
5656 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] @key{RET}  s t fib
5658 1:  fib(7)               1:  13
5659     .                        .
5661     ' fib(7) @key{RET}             a r fib @key{RET}
5662 @end group
5663 @end smallexample
5665 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5666 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5667 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5668 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5669 be used preferentially.
5671 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5672 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5673 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5674 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5675 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5676 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5677 @w{@kbd{s e fib @key{RET}}}, then edit the third rule to:
5679 @smallexample
5680 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5681 @end smallexample
5683 @noindent
5684 Now:
5686 @smallexample
5687 @group
5688 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  8 + fib(x) + fib(0)
5689     .                                 .
5691     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) @key{RET}        a r fib @key{RET}
5692 @end group
5693 @end smallexample
5695 @noindent
5696 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5697 @w{@kbd{a r fib @key{RET}}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5698 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5699 apply these rules automatically by storing them in the special
5700 variable @code{EvalRules}.
5702 @smallexample
5703 @group
5704 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5705     .                                       .
5707     s r fib @key{RET}        s t EvalRules @key{RET}    ' [fib(6), fib(7)] @key{RET}
5708 @end group
5709 @end smallexample
5711 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5712 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5713 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5715 @smallexample
5716 @group
5717 fib(6) =
5718 fib(5)              +               fib(4) =
5719 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5720 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5721 @end group
5722 @end smallexample
5724 @noindent
5725 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5726 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5727 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5728 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5729 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5730 @code{EvalRules}) and add another condition:
5732 @smallexample
5733 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5734 @end smallexample
5736 @noindent
5737 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5738 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5739 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5740 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5741 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5742 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5744 Type @kbd{' fib(8) @key{RET}} to compute the eighth Fibonacci number, then
5745 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5747 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5748 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5749 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5750 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5751 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5753 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5754 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules @key{RET}} now to
5755 un-store the variable.
5757 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5758 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5759 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5760 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5761 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5762 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5763 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5764 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5765 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
5767 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
5768 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
5769 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
5770 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
5772 @example
5773 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
5774 @end example
5776 @noindent
5777 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
5778 to 1.''
5780 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
5781 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
5782 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
5783 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
5784 and one for @samp{b}.
5786 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
5787 on the stack and tried to use the rule
5788 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
5789 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
5791 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @cite{a},
5792 divide @cite{a} by two if it is even, otherwise compute @cite{3 a + 1}.
5793 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
5794 is that for any starting @cite{a}, the sequence always eventually
5795 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
5796 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
5797 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
5798 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
5799 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
5800 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
5801 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
5802 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
5803 vector @cite{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
5804 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
5806 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
5807 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
5808 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
5809 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
5810 so that @cite{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
5811 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
5813 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Calc considers the form @cite{0^0}
5814 to be ``indeterminate,'' and leaves it unevaluated (assuming infinite
5815 mode is not enabled).  Some people prefer to define @cite{0^0 = 1},
5816 so that the identity @cite{x^0 = 1} can safely be used for all @cite{x}.
5817 Find a way to make Calc follow this convention.  What happens if you
5818 now type @kbd{m i} to turn on infinite mode?
5819 @xref{Rewrites Answer 6, 6}. (@bullet{})
5821 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  A Taylor series for a function is an
5822 infinite series that exactly equals the value of that function at
5823 values of @cite{x} near zero.
5825 @ifinfo
5826 @example
5827 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
5828 @end example
5829 @end ifinfo
5830 @tex
5831 \turnoffactive \let\rm\goodrm
5832 \beforedisplay
5833 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
5834 \afterdisplay
5835 @end tex
5837 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
5838 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @cite{x^2}.
5839 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @cite{x}.
5840 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
5841 that records what was the lowest term that was truncated.
5843 @ifinfo
5844 @example
5845 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
5846 @end example
5847 @end ifinfo
5848 @tex
5849 \turnoffactive \let\rm\goodrm
5850 \beforedisplay
5851 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
5852 \afterdisplay
5853 @end tex
5855 @noindent
5856 The meaning of @cite{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
5857 if @cite{x^3} is considered negligibly small as @cite{x} goes to zero.''
5859 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
5860 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
5861 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
5862 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
5863 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
5864 rearranged or if @kbd{a s} needs to be typed after rewriting.  (This one
5865 is rather tricky; the solution at the end of this chapter uses 6 rewrite
5866 rules.  Hint:  The @samp{constant(x)} condition tests whether @samp{x} is
5867 a number.)  @xref{Rewrites Answer 7, 7}. (@bullet{})
5869 @c [fix-ref Rewrite Rules]
5870 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
5872 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
5873 @section Programming Tutorial
5875 @noindent
5876 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
5877 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
5878 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
5879 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
5880 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
5881 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
5883 (Note that the programming commands relating to user-defined keys
5884 are not yet supported under Lucid Emacs 19.)
5886 One very limited form of programming is defining your own functions.
5887 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
5888 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
5889 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
5890 case @kbd{z} prefix.
5892 @smallexample
5893 @group
5894 1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6         1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6
5895     .                                     .
5897     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! @key{RET}         Z F e myexp @key{RET} @key{RET} @key{RET} y
5898 @end group
5899 @end smallexample
5901 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
5902 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
5903 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
5904 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
5905 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
5906 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
5907 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
5908 arguments?''
5910 @smallexample
5911 @group
5912 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
5913     .          1:  1.34986    2:  1.34986
5914                    .          1:  myexp(a + 1)
5915                                   .
5917     .3 z e         .3 E           ' a+1 @key{RET} z e
5918 @end group
5919 @end smallexample
5921 @noindent
5922 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
5923 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
5924 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
5925 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
5926 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
5927 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
5928 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
5930 @cindex Sine integral Si(x)
5931 @ignore
5932 @starindex
5933 @end ignore
5934 @tindex Si
5935 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
5936 @c{${\rm Si}(x)$}
5937 @cite{Si(x)} is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
5938 @cite{t = 0} to @cite{x} in radians.  (It was invented because this
5939 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
5940 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
5941 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
5942 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
5943 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
5944 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
5945 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
5946 0.946083.  (Hint:  @code{ninteg} will run a lot faster if you reduce
5947 the precision to, say, six digits beforehand.)
5948 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
5950 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
5951 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
5952 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
5953 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
5954 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
5956 @smallexample
5957 @group
5958 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
5959     .                        .
5961     ' y=sqrt(x) @key{RET}       C-x ( H a S x @key{RET} C-x )
5963 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 pi n1
5964     .                        .
5966     ' y=cos(x) @key{RET}           X
5967 @end group
5968 @end smallexample
5970 @noindent
5971 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
5972 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
5973 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
5974 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
5975 re-execute the same keystrokes.
5977 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
5979 @smallexample
5980 @group
5981 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
5982                        .                   .
5984   Z K x @key{RET}            ' y=x^4 @key{RET}         z x
5985 @end group
5986 @end smallexample
5988 @noindent
5989 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
5990 @kbd{z} to call it up.
5992 Keyboard macros can call other macros.
5994 @smallexample
5995 @group
5996 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
5997     .                 .                           .            .
5999  ' abs(x) @key{RET}   C-x ( ' y @key{RET} a = z x C-x )    ' 2/x @key{RET}       X
6000 @end group
6001 @end smallexample
6003 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
6004 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
6005 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
6007 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
6008 the following functions:
6010 @enumerate
6011 @item
6012 Compute @c{$\displaystyle{\sin x \over x}$}
6013 @cite{sin(x) / x}, where @cite{x} is the number on the
6014 top of the stack.
6016 @item
6017 Compute the base-@cite{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
6018 the arguments are taken in the opposite order.
6020 @item
6021 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
6022 the stack.
6023 @end enumerate
6024 @noindent
6025 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
6027 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
6028 the average (mean) value of a list of numbers.
6029 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
6031 In many programs, some of the steps must execute several times.
6032 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
6033 inside keyboard macros, but actually work at any time.
6035 @smallexample
6036 @group
6037 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
6038     .            1:  4             .
6039                      .
6041   ' x^6 @key{RET}          4         Z < a d x @key{RET} Z >
6042 @end group
6043 @end smallexample
6045 @noindent
6046 Here we have computed the fourth derivative of @cite{x^6} by
6047 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
6048 This structure pops a repeat count from the stack, then
6049 executes the body of the loop that many times.
6051 If you make a mistake while entering the body of the loop,
6052 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
6054 @cindex Fibonacci numbers
6055 Here's another example:
6057 @smallexample
6058 @group
6059 3:  1               2:  10946
6060 2:  1               1:  17711
6061 1:  20                  .
6062     .
6064 1 @key{RET} @key{RET} 20       Z < @key{TAB} C-j + Z >
6065 @end group
6066 @end smallexample
6068 @noindent
6069 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
6070 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
6071 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
6072 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
6074 @cindex Golden ratio
6075 @cindex Phi, golden ratio
6076 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @cite{n}th
6077 Fibonacci number can be found directly by computing @c{$\phi^n / \sqrt{5}$}
6078 @cite{phi^n / sqrt(5)}
6079 and then rounding to the nearest integer, where @c{$\phi$ (``phi'')}
6080 @cite{phi}, the
6081 ``golden ratio,'' is @c{$(1 + \sqrt{5}) / 2$}
6082 @cite{(1 + sqrt(5)) / 2}.  (For convenience, this constant is available
6083 from the @code{phi} variable, or the @kbd{I H P} command.)
6085 @smallexample
6086 @group
6087 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
6088     .                   .                    .                    .
6090     I H P               21 ^                 5 Q /                R
6091 @end group
6092 @end smallexample
6094 @cindex Continued fractions
6095 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
6096 representation of @c{$\phi$}
6097 @cite{phi} is @c{$1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))$}
6098 @cite{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
6099 We can compute an approximate value by carrying this however far
6100 and then replacing the innermost @c{$1/( \ldots )$}
6101 @cite{1/( ...@: )} by 1.  Approximate
6102 @c{$\phi$}
6103 @cite{phi} using a twenty-term continued fraction.
6104 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
6106 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
6107 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
6108 vector @w{@cite{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
6109 vector, produces the vector @cite{[b, c]}, where @cite{a}, @cite{b} and
6110 @cite{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
6111 that, given an integer @cite{n}, computes the @cite{n}th Fibonacci number
6112 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
6114 @cindex Harmonic numbers
6115 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
6116 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
6117 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
6119 @smallexample
6120 @group
6121 3:  0               1:  3.597739
6122 2:  1                   .
6123 1:  20
6124     .
6126 0 @key{RET} 1 @key{RET} 20         Z ( & + 1 Z )
6127 @end group
6128 @end smallexample
6130 @noindent
6131 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
6132 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
6133 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
6134 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
6135 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
6136 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
6137 uses a step of one.
6139 This harmonic number function uses the stack to hold the running
6140 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
6141 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
6143 @smallexample
6144 @group
6145 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
6146     .         1:  20                                  .
6147                   .
6149     0 t 7       1 @key{RET} 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
6150 @end group
6151 @end smallexample
6153 @noindent
6154 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
6155 variable (and removes that value from the stack).
6157 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
6158 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6159 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6160 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6161 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6162 probably easier than using loops.  However, there are some
6163 situations where loops really are the way to go:
6165 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6166 harmonic number which is greater than 4.0.
6167 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6169 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6170 we have to worry about the programs clobbering values that the
6171 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6172 fix, though:
6174 @smallexample
6175 @group
6176     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6177                  .                .          2:  3.597739
6178                                              1:  0.6667
6179                                                  .
6181    Z `    p 4 @key{RET} 2 @key{RET} 3 /   s 7 s s a @key{RET}    Z '  r 7 s r a @key{RET}
6182 @end group
6183 @end smallexample
6185 @noindent
6186 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6187 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6188 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6189 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6190 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6191 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6192 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6193 the contents of the stack, and the values of named variables,
6194 survive past the @kbd{Z '} command.
6196 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6197 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6198 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6199 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6200 by the formula @c{$\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}$}
6201 @cite{2 n!@: / (2 pi)^n}.  Let's write a keyboard
6202 macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.  (Calc has a
6203 command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6204 this command is very slow for large @cite{n} since the higher
6205 Bernoulli numbers are very large fractions.)
6207 @smallexample
6208 @group
6209 1:  10               1:  0.0756823
6210     .                    .
6212     10     C-x ( @key{RET} 2 % Z [ @key{DEL} 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ @key{RET} = Z ] C-x )
6213 @end group
6214 @end smallexample
6216 @noindent
6217 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6218 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6219 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6220 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6221 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6222 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6223 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6225 The actual tenth Bernoulli number is @cite{5/66}.
6227 @smallexample
6228 @group
6229 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6230 2:  5:66             .              .              .              .
6231 1:  0.0757575
6232     .
6234 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
6235 @end group
6236 @end smallexample
6238 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6239 Bernoulli numbers.
6241 @smallexample
6242 @group
6243 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6244 2:  2                  .
6245 1:  30
6246     .
6248  [ ] 2 @key{RET} 30          Z ( X | 2 Z )
6249 @end group
6250 @end smallexample
6252 @noindent
6253 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6254 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6255 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6256 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6257 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6258 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6259 sequence of keystrokes.)
6261 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6262 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6263 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6264 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6265 ``while'' and ``until'' style loops.
6267 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6268 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6269 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6270 then enter the real one in the edit command.
6272 @smallexample
6273 @group
6274 1:  3                   1:  3           Keyboard Macro Editor.
6275     .                       .           Original keys: 1 @key{RET} 2 +
6277                                         type "1\r"
6278                                         type "2"
6279                                         calc-plus
6281 C-x ( 1 @key{RET} 2 + C-x )    Z K h @key{RET}      Z E h
6282 @end group
6283 @end smallexample
6285 @noindent
6286 This shows the screen display assuming you have the @file{macedit}
6287 keyboard macro editing package installed, which is usually the case
6288 since a copy of @file{macedit} comes bundled with Calc.
6290 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6291 @file{macedit} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6292 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6293 If a key or keys are simply shorthand for some command with a
6294 @kbd{M-x} name, that name is shown.  Anything that doesn't correspond
6295 to a @kbd{M-x} command is written as a @samp{type} command.
6297 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6298 First, erase the three lines of the old definition.  Then, type
6299 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6300 to copy it from this page of the Info file; you can skip typing
6301 the comments that begin with @samp{#}).
6303 @smallexample
6304 calc-kbd-push         # Save local values (Z `)
6305 type "0"              # Push a zero
6306 calc-store-into       # Store it in variable 1
6307 type "1"
6308 type "1"              # Initial value for loop
6309 calc-roll-down        # This is the @key{TAB} key; swap initial & final
6310 calc-kbd-for          # Begin "for" loop...
6311 calc-inv              #   Take reciprocal
6312 calc-store-plus       #   Add to accumulator
6313 type "1"
6314 type "1"              #   Loop step is 1
6315 calc-kbd-end-for      # End "for" loop
6316 calc-recall           # Now recall final accumulated value
6317 type "1"
6318 calc-kbd-pop          # Restore values (Z ')
6319 @end smallexample
6321 @noindent
6322 Press @kbd{M-# M-#} to finish editing and return to the Calculator.
6324 @smallexample
6325 @group
6326 1:  20         1:  3.597739
6327     .              .
6329     20             z h
6330 @end group
6331 @end smallexample
6333 If you don't know how to write a particular command in @file{macedit}
6334 format, you can always write it as keystrokes in a @code{type} command.
6335 There is also a @code{keys} command which interprets the rest of the
6336 line as standard Emacs keystroke names.  In fact, @file{macedit} defines
6337 a handy @code{read-kbd-macro} command which reads the current region
6338 of the current buffer as a sequence of keystroke names, and defines that
6339 sequence on the @kbd{X} (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so
6340 useful, Calc puts this command on the @kbd{M-# m} key.  Try reading in
6341 this macro in the following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}}) at
6342 one end of the text below, then type @kbd{M-# m} at the other.
6344 @example
6345 @group
6346 Z ` 0 t 1
6347     1 @key{TAB}
6348     Z (  & s + 1  1 Z )
6349     r 1
6350 Z '
6351 @end group
6352 @end example
6354 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6355 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6356 @cite{f(x) = 0} for any function @cite{f}, and an initial guess
6357 @cite{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6358 this formula over and over:
6360 @ifinfo
6361 @example
6362 new_x = x - f(x)/f'(x)
6363 @end example
6364 @end ifinfo
6365 @tex
6366 \beforedisplay
6367 $$ x_{\goodrm new} = x - {f(x) \over f'(x)} $$
6368 \afterdisplay
6369 @end tex
6371 @noindent
6372 where @cite{f'(x)} is the derivative of @cite{f}.  The @cite{x}
6373 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6374 @c{$x_{\rm new}$}
6375 @cite{new_x} and @cite{x} will be equal to within the limits
6376 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6377 involving the variable @cite{x}, and an initial guess @cite{x_0},
6378 on the stack, and produces a value of @cite{x} for which the formula
6379 is zero.  Use it to find a solution of @c{$\sin(\cos x) = 0.5$}
6380 @cite{sin(cos(x)) = 0.5}
6381 near @cite{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6382 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6383 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6385 @cindex Digamma function
6386 @cindex Gamma constant, Euler's
6387 @cindex Euler's gamma constant
6388 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function @c{$\psi(z)$ (``psi'')}
6389 @cite{psi(z)}
6390 is defined as the derivative of @c{$\ln \Gamma(z)$}
6391 @cite{ln(gamma(z))}.  For large
6392 values of @cite{z}, it can be approximated by the infinite sum
6394 @ifinfo
6395 @example
6396 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6397 @end example
6398 @end ifinfo
6399 @tex
6400 \let\rm\goodrm
6401 \beforedisplay
6402 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6403    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6405 \afterdisplay
6406 @end tex
6408 @noindent
6409 where @c{$\sum$}
6410 @cite{sum} represents the sum over @cite{n} from 1 to infinity
6411 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6412 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6413 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6414 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6415 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6416 @c{$\gamma = -\psi(1)$}
6417 @cite{gamma = -psi(1)}.  Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6418 for the above formula to work (5 is a much safer value for @cite{z}).
6419 Fortunately, we can compute @c{$\psi(1)$}
6420 @cite{psi(1)} from @c{$\psi(5)$}
6421 @cite{psi(5)} using
6422 the recurrence @c{$\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}$}
6423 @cite{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.  Your task:  Develop
6424 a program to compute @c{$\psi(z)$}
6425 @cite{psi(z)}; it should ``pump up'' @cite{z}
6426 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6427 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6428 to compute @c{$\gamma$}
6429 @cite{gamma} to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6430 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6431 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6433 @cindex Polynomial, list of coefficients
6434 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @cite{x} and
6435 a number @cite{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6436 @cite{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @cite{x^m}),
6437 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6438 notation.  For example, @cite{5 x^4 + (x + 1)^2} with @cite{m = 6}
6439 should produce the list @cite{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6440 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6441 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6443 @cindex Recursion
6444 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6445 first kind} are defined by the recurrences,
6447 @ifinfo
6448 @example
6449 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6450 s(n,0) = 0   for n > 0,
6451 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6452 @end example
6453 @end ifinfo
6454 @tex
6455 \turnoffactive
6456 \beforedisplay
6457 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6458              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6459              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6460                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6462 \afterdisplay
6463 \vskip5pt
6464 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6465 @end tex
6467 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6468 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6469 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6470 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6471 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6472 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6473 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6474 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6475 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6476 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6477 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6478 or @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6479 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6480 that computes Stirling numbers of the first kind, given @cite{n} and
6481 @cite{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6482 @cite{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6483 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6484 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6486 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6487 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6488 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6489 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6490 program can:
6492 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6493 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6494 rewrite rules.  Once again, @cite{n} and @cite{m} should be taken
6495 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6497 @example
6499 @end example
6500 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6501 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6502 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6503 @c [not-split]
6504 The rest of this manual tells the whole story.
6505 @c [when-split]
6506 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6508 @page
6509 @node Answers to Exercises, , Programming Tutorial, Tutorial
6510 @section Answers to Exercises
6512 @noindent
6513 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6515 @menu
6516 * RPN Answer 1::           1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -
6517 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6518 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6519 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6520 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6521 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6522 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6523 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6524 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6525 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6526 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6527 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6528 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6529 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6530 * Vector Answer 2::        Average position
6531 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6532 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6533 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6534 * List Answer 1::          Powers of two
6535 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6536 * List Answer 3::          Geometric mean
6537 * List Answer 4::          Divisor function
6538 * List Answer 5::          Duplicate factors
6539 * List Answer 6::          Triangular list
6540 * List Answer 7::          Another triangular list
6541 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6542 * List Answer 9::          Integers the hard way
6543 * List Answer 10::         All elements equal
6544 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6545 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6546 * List Answer 13::         Hash codes
6547 * List Answer 14::         Random walk
6548 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6549 * Types Answer 2::         Infinities
6550 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6551 * Types Answer 4::         Abbey Road
6552 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6553 * Types Answer 6::         Leap years
6554 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6555 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6556 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6557 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6558 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6559 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6560 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6561 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6562 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6563 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6564 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6565 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6566 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6567 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6568 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6569 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6570 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6571 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6572 * Rewrites Answer 6::      Defining 0^0 = 1
6573 * Rewrites Answer 7::      Truncated Taylor series
6574 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6575 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6576 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6577 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6578 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6579 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6580 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6581 * Programming Answer 8::   Newton's method
6582 * Programming Answer 9::   Digamma function
6583 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6584 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6585 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6586 @end menu
6588 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6589 @c being entered on the table of contents.
6590 @tex
6591 \global\let\oldwrite=\write
6592 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6593 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6594 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6595 @end tex
6597 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6598 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6600 @noindent
6601 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6603 The result is @c{$1 - (2 \times (3 + 4)) = -13$}
6604 @cite{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6606 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6607 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6609 @noindent
6610 @c{$2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75$}
6611 @cite{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6613 After computing the intermediate term @c{$2\times4 = 8$}
6614 @cite{2*4 = 8}, you can leave
6615 that result on the stack while you compute the second term.  With
6616 both of these results waiting on the stack you can then compute the
6617 final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6619 @smallexample
6620 @group
6621 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6622 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6623     .                         1:  9.5            .
6624                                   .
6626   2 @key{RET} 4          *          7 @key{RET} 9.5          *
6628 @end group
6629 @end smallexample
6630 @noindent
6631 @smallexample
6632 @group
6633 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6634 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6635 2:  5          1:  1.25           .
6636 1:  4              .
6637     .
6639   5 @key{RET} 4          /              +              +
6640 @end group
6641 @end smallexample
6643 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6644 with the third term.
6646 @smallexample
6647 @group
6648 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6649 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6650     .                         1:  4              .
6651                                   .
6653    ...             +            5 @key{RET} 4          /              +
6654 @end group
6655 @end smallexample
6657 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6658 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6659 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6660 you choose is purely a matter of taste.
6662 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6663 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6665 @noindent
6666 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6668 @smallexample
6669 @group
6670 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6671 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6672 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6673     .              .          1:  1              .              .
6674                                   .
6676                   @key{TAB}             1              +             @key{TAB}
6677 @end group
6678 @end smallexample
6680 Similarly, @kbd{M-@key{TAB}} gives you access to the number in level 3.
6682 @smallexample
6683 @group
6684 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6685 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6686 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6687     .              .              .              .              .
6689                   M-@key{TAB}           1 +           M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
6690 @end group
6691 @end smallexample
6693 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6694 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6696 @noindent
6697 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6698 but using both the comma and the space at once yields:
6700 @smallexample
6701 @group
6702 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6703     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6704                    .                             .              .
6706     (              2              ,             @key{SPC}            3 )
6707 @end group
6708 @end smallexample
6710 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6711 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6712 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6713 deletes just one component out of that object, so he had to press
6714 @key{DEL} twice to finish the job.
6716 @smallexample
6717 @group
6718 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6719 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6720     .              .              .
6722                   @key{TAB}            @key{DEL}            @key{DEL}
6723 @end group
6724 @end smallexample
6726 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6727 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-@key{DEL}}, to do just that.
6728 @kbd{M-@key{DEL}} is just like @kbd{@key{TAB} @key{DEL}}, except that it doesn't exhibit
6729 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6731 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6732 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6734 @noindent
6735 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6737 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6738 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6740 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6741 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @cite{3.0} whereas
6742 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @cite{3}.)
6744 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6745 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6747 @noindent
6748 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
6749 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
6750 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
6751 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
6753 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
6754 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
6756 @noindent
6757 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @cite{1 / 0}.
6758 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
6759 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
6760 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
6761 times anything is zero.''
6763 @c [fix-ref Infinities]
6764 The @kbd{m i} command enables an @dfn{infinite mode} in which @cite{1 / 0}
6765 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
6766 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
6767 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
6768 further discussion of infinite and indeterminate values.
6770 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
6771 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
6773 @noindent
6774 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
6775 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
6776 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
6777 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
6778 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
6779 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
6781 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
6782 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
6783 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
6784 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
6785 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
6786 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
6787 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
6788 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
6789 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
6790 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
6791 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
6793 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
6794 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
6795 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
6796 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
6797 inexact results would still be lurking there, but they would now be
6798 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
6799 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
6800 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
6801 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
6802 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
6804 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
6805 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
6806 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
6807 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
6808 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
6809 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
6810 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
6811 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
6812 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
6813 to tell two distinct numbers apart.
6815 An interesting side note is that most computers store their
6816 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
6817 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
6818 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
6819 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
6820 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
6821 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
6822 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
6823 in decimal display mode.
6825 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
6826 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
6827 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
6828 you use a relatively unusual radix like 3.
6830 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
6831 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
6833 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
6834 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
6835 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
6836 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
6837 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
6838 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
6839 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f @key{RET} e 15 @key{RET} *} is another
6840 way to enter this number.
6842 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
6843 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
6844 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
6845 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
6846 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
6847 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
6848 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
6850 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
6851 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
6853 @noindent
6854 The answer he got was @cite{0.5000000000006399}.
6856 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
6857 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
6858 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
6859 their inputs.
6861 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
6862 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
6863 commands decrease or increase a number by one unit in the last
6864 place (according to the current precision).  They are useful for
6865 determining facts like this.
6867 @smallexample
6868 @group
6869 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
6870     .                       .
6872     45 S                    2 ^
6874 @end group
6875 @end smallexample
6876 @noindent
6877 @smallexample
6878 @group
6879 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
6880     .                       .                       .
6882     U  @key{DEL}                  f [                     2 ^
6883 @end group
6884 @end smallexample
6886 A high-precision calculation must be carried out in high precision
6887 all the way.  The only number in the original problem which was known
6888 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
6889 before anything is done after the number 45 has been entered in order
6890 for the higher precision to be meaningful.
6892 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
6893 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
6895 @noindent
6896 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
6897 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
6898 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
6899 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
6900 of time.
6902 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
6903 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
6904 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
6905 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
6906 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
6907 calculation of the sum will not have this problem.
6909 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
6910 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
6911 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
6913 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
6914 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
6916 @noindent
6917 Dividing two integers that are larger than the current precision may
6918 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
6919 down to an integer.  Consider @cite{123456789 / 2} when the current
6920 precision is 6 digits.  The true answer is @cite{61728394.5}, but
6921 with a precision of 6 this will be rounded to @c{$12345700.0/2.0 = 61728500.0$}
6922 @cite{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
6923 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
6925 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
6926 floating-point round-off error is strictly to the right of the
6927 decimal point.  Or, convert to fraction mode so that @cite{123456789 / 2}
6928 produces the exact fraction @cite{123456789:2}, which can be rounded
6929 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
6930 format.
6932 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
6933 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
6935 @noindent
6936 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @cite{3:2}, but it
6937 does a floating-point calculation instead and produces @cite{1.5}.
6939 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
6940 or the reciprocal of an integer.  But there is no efficient way to search
6941 the space of all possible rational numbers for an exact answer, so Calc
6942 doesn't try.
6944 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
6945 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
6947 @noindent
6948 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
6949 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
6951 @smallexample
6952 @group
6953 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
6954     .          1:  3.74165738677      .                       .
6955                    .
6957     r 1            @key{RET} A              /                       A
6958 @end group
6959 @end smallexample
6961 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
6962 indeed have unit length.
6964 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
6965 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
6967 @noindent
6968 The average position is equal to the sum of the products of the
6969 positions times their corresponding probabilities.  This is the
6970 definition of the dot product operation.  So all you need to do
6971 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
6973 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
6974 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
6976 @noindent
6977 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
6978 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
6980 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
6981 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
6983 @ifinfo
6984 @example
6985 @group
6986    x + a y = 6
6987    x + b y = 10
6988 @end group
6989 @end example
6990 @end ifinfo
6991 @tex
6992 \turnoffactive
6993 \beforedisplay
6994 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
6995              x &+ b y = 10}
6997 \afterdisplay
6998 @end tex
7000 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
7001 matrix as usual.
7003 @smallexample
7004 @group
7005 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [6 - 4 a / (b - a), 4 / (b - a) ]
7006     .          1:  [ [ 1, a ]          .
7007                      [ 1, b ] ]
7008                    .
7010 ' [6 10] @key{RET}     ' [1 a; 1 b] @key{RET}      /
7011 @end group
7012 @end smallexample
7014 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable ``big'' display
7015 mode:
7017 @smallexample
7018 @group
7019           4 a     4
7020 1:  [6 - -----, -----]
7021          b - a  b - a
7022 @end group
7023 @end smallexample
7025 Type @kbd{d N} to return to ``normal'' display mode afterwards.
7027 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
7028 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
7030 @noindent
7031 To solve @c{$A^T A \, X = A^T B$}
7032 @cite{trn(A) * A * X = trn(A) * B}, first we compute
7033 @c{$A' = A^T A$}
7034 @cite{A2 = trn(A) * A} and @c{$B' = A^T B$}
7035 @cite{B2 = trn(A) * B}; now, we have a
7036 system @c{$A' X = B'$}
7037 @cite{A2 * X = B2} which we can solve using Calc's @samp{/}
7038 command.
7040 @ifinfo
7041 @example
7042 @group
7043     a + 2b + 3c = 6
7044    4a + 5b + 6c = 2
7045    7a + 6b      = 3
7046    2a + 4b + 6c = 11
7047 @end group
7048 @end example
7049 @end ifinfo
7050 @tex
7051 \turnoffactive
7052 \beforedisplayh
7053 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
7054 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
7055    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7056    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7057    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
7058   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
7059  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
7060  7a&+&6b& &  &=3 \cr
7061  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
7063 \afterdisplayh
7064 @end tex
7066 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
7067 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
7068 @c{$B'$}
7069 @cite{B2} vector.
7071 @smallexample
7072 @group
7073 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
7074       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
7075       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
7076       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
7077     .                             .
7079 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] @key{RET}  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
7080 @end group
7081 @end smallexample
7083 @noindent
7084 Now we compute the matrix @c{$A'$}
7085 @cite{A2} and divide.
7087 @smallexample
7088 @group
7089 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
7090 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
7091       [ 72, 81, 60 ]
7092       [ 39, 60, 81 ] ]
7093     .
7095     r 7 v t r 7 *             /
7096 @end group
7097 @end smallexample
7099 @noindent
7100 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
7101 round-off error.)
7103 Notice that the answers are similar to those for the @c{$3\times3$}
7104 @asis{3x3} system
7105 solved in the text.  That's because the fourth equation that was
7106 added to the system is almost identical to the first one multiplied
7107 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
7108 answer since the @c{$4\times3$}
7109 @asis{4x3} system would be equivalent to the original @c{$3\times3$}
7110 @asis{3x3}
7111 system.)
7113 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
7114 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
7115 the original system of equations to see how well they match.
7117 @smallexample
7118 @group
7119 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
7120 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
7121       [ 4, 5, 6 ]
7122       [ 7, 6, 0 ]
7123       [ 2, 4, 6 ] ]
7124     .
7126     r 7                            @key{TAB} *
7127 @end group
7128 @end smallexample
7130 @noindent
7131 This is reasonably close to our original @cite{B} vector,
7132 @cite{[6, 2, 3, 11]}.
7134 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7135 @subsection List Tutorial Exercise 1
7137 @noindent
7138 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7139 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7140 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7141 plain @samp{-} key will work just as well.
7143 @smallexample
7144 @group
7145 2:  2                              2:  2
7146 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7147     .                                  .
7149     2  v x 9 @key{RET}                       5 V M -   or   5 -
7150 @end group
7151 @end smallexample
7153 @noindent
7154 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7155 vector.
7157 @smallexample
7158 @group
7159 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7160     .
7162     V M ^
7163 @end group
7164 @end smallexample
7166 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7167 @subsection List Tutorial Exercise 2
7169 @noindent
7170 Given @cite{x} and @cite{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7171 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7173 @ifinfo
7174 @example
7175    m*x + b*1 = y
7176 @end example
7177 @end ifinfo
7178 @tex
7179 \turnoffactive
7180 \beforedisplay
7181 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7182 \afterdisplay
7183 @end tex
7185 Thus we want a @c{$19\times2$}
7186 @asis{19x2} matrix with our @cite{x} vector as one column and
7187 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7188 we combine the two columns to form our @cite{A} matrix.
7190 @smallexample
7191 @group
7192 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7193 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7194     .                                 [ 1.49, 1 ]
7195                                       @dots{}
7197     r 1 1 v b 19 @key{RET}                M-2 v p v t   s 3
7198 @end group
7199 @end smallexample
7201 @noindent
7202 Now we compute @c{$A^T y$}
7203 @cite{trn(A) * y} and @c{$A^T A$}
7204 @cite{trn(A) * A} and divide.
7206 @smallexample
7207 @group
7208 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7209     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7210                                 [  41.63,   19   ] ]
7211                               .
7213  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7214 @end group
7215 @end smallexample
7217 @noindent
7218 (Hey, those numbers look familiar!)
7220 @smallexample
7221 @group
7222 1:  [0.52141679, -0.425978]
7223     .
7225     /
7226 @end group
7227 @end smallexample
7229 Since we were solving equations of the form @c{$m \times x + b \times 1 = y$}
7230 @cite{m*x + b*1 = y}, these
7231 numbers should be @cite{m} and @cite{b}, respectively.  Sure enough, they
7232 agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and @kbd{V R}!
7234 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7235 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7236 arithmetic functions!
7238 @c [fix-ref Curve Fitting]
7239 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7240 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7242 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7243 @subsection List Tutorial Exercise 3
7245 @noindent
7246 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}} or
7247 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7248 and type @w{@kbd{M-# g}}.
7250 @smallexample
7251 @group
7252 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7253     .
7254 @end group
7255 @end smallexample
7257 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7258 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7260 @smallexample
7261 @group
7262 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7263 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7264     .                          .
7266     @key{RET}                        V R *
7268 @end group
7269 @end smallexample
7270 @noindent
7271 @smallexample
7272 @group
7273 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7274 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7275     .                          .
7277     @key{TAB}                        v l                 I ^
7278 @end group
7279 @end smallexample
7281 @noindent
7282 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7283 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7284 then raise the number to that power.)
7286 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7287 @subsection List Tutorial Exercise 4
7289 @noindent
7290 A number @cite{j} is a divisor of @cite{n} if @c{$n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0$}
7291 @samp{n % j = 0}.  The first
7292 step is to get a vector that identifies the divisors.
7294 @smallexample
7295 @group
7296 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7297 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7298     .                       .
7300  30 @key{RET} v x 30 @key{RET}   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7301 @end group
7302 @end smallexample
7304 @noindent
7305 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7307 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7308 The first divisor function is the sum of the divisors.
7310 @smallexample
7311 @group
7312 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7313            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7314            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7315                .
7317    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7318 @end group
7319 @end smallexample
7321 @noindent
7322 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7323 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7325 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7326 @subsection List Tutorial Exercise 5
7328 @noindent
7329 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7330 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7331 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7332 the list with a copy of itself shifted over by one.
7334 @smallexample
7335 @group
7336 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7337     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7338                            .                        .
7340     19551 k f              @key{RET} 0 |                  @key{TAB} 0 @key{TAB} |
7342 @end group
7343 @end smallexample
7344 @noindent
7345 @smallexample
7346 @group
7347 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7348     .                        .              .
7350     V M a =                  V R +          0 a =
7351 @end group
7352 @end smallexample
7354 @noindent
7355 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7356 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7357 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7358 the job is pretty straightforward.
7360 Incidentally, Calc provides the @c{\dfn{M\"obius} $\mu$}
7361 @dfn{Moebius mu} function which is
7362 zero if and only if its argument is square-free.  It would be a much
7363 more convenient way to do the above test in practice.
7365 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7366 @subsection List Tutorial Exercise 6
7368 @noindent
7369 First use @kbd{v x 6 @key{RET}} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7370 to get a list of lists of integers!
7372 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7373 @subsection List Tutorial Exercise 7
7375 @noindent
7376 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7377 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7379 @smallexample
7380 @group
7381 1:  [ [0],
7382       [0, 1],
7383       [0, 1, 2],
7384       @dots{}
7386     1 -
7387 @end group
7388 @end smallexample
7390 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7391 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @cite{n}th
7392 triangular number is the sum of the integers from 1 to @cite{n}, and
7393 can be computed directly by the formula @c{$n (n+1) \over 2$}
7394 @cite{n * (n+1) / 2}.
7396 @smallexample
7397 @group
7398 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7399 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7400     .                           .
7402     v x 6 @key{RET} 1 -               V M ' $ ($+1)/2 @key{RET}
7403 @end group
7404 @end smallexample
7406 @noindent
7407 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7408 result:
7410 @smallexample
7411 @group
7412 1:  [ [0],
7413       [1, 2],
7414       [3, 4, 5],
7415       [6, 7, 8, 9],
7416       [10, 11, 12, 13, 14],
7417       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7418       .
7420       V M +
7421 @end group
7422 @end smallexample
7424 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7425 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7426 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7427 triangular list.
7429 @smallexample
7430 @group
7431 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7432 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7433     .                           .
7435     @key{RET}                         V M V R +
7436 @end group
7437 @end smallexample
7439 @noindent
7440 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7441 since each element of the main vector is itself a small vector,
7442 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7444 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7445 @subsection List Tutorial Exercise 8
7447 @noindent
7448 The first step is to build a list of values of @cite{x}.
7450 @smallexample
7451 @group
7452 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7453     .                       .                       .
7455     v x 21 @key{RET}              1 -                     4 /  s 1
7456 @end group
7457 @end smallexample
7459 Next, we compute the Bessel function values.
7461 @smallexample
7462 @group
7463 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7464     .
7466     V M ' besJ(1,$) @key{RET}
7467 @end group
7468 @end smallexample
7470 @noindent
7471 (Another way to do this would be @kbd{1 @key{TAB} V M f j}.)
7473 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7474 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7476 @smallexample
7477 @group
7478 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7479 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7480     .                                                     .
7482     @key{RET} V R X                      V M a =                @key{RET} V R +    @key{DEL}
7483 @end group
7484 @end smallexample
7486 @noindent
7487 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7488 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of @c{$\sin x$}
7489 @cite{sin(x)}
7490 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7492 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7493 the maximum value of @cite{x}.  Now it is a simple matter to convert
7494 this back into the corresponding value itself.
7496 @smallexample
7497 @group
7498 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7499 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7500     .
7502     r 1                         V M *                    V R +
7503 @end group
7504 @end smallexample
7506 If @kbd{a =} had produced more than one @cite{1} value, this method
7507 would have given the sum of all maximum @cite{x} values; not very
7508 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7509 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7510 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7511 example, a vector of maximum @cite{x} values.
7513 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7514 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7515 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7517 @smallexample
7518 @group
7519 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7520 1:  [0 .. 5]                       .
7521     .
7523 ' besJ(1,x), [0..5] @key{RET}            a X x @key{RET}
7524 @end group
7525 @end smallexample
7527 @noindent
7528 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @cite{x}
7529 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7530 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7532 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7533 @subsection List Tutorial Exercise 9
7535 @noindent
7536 Step one is to convert our integer into vector notation.
7538 @smallexample
7539 @group
7540 1:  25129925999           3:  25129925999
7541     .                     2:  10
7542                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7543                               .
7545     25129925999 @key{RET}           10 @key{RET} 12 @key{RET} v x 12 @key{RET} -
7547 @end group
7548 @end smallexample
7549 @noindent
7550 @smallexample
7551 @group
7552 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7553 2:  [100000000000, ... ]         .
7554     .
7556     V M ^   s 1                  V M \
7557 @end group
7558 @end smallexample
7560 @noindent
7561 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7563 @smallexample
7564 @group
7565 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7566     .
7568     10 V M %   s 2
7569 @end group
7570 @end smallexample
7572 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7573 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7574 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7575 the right of it are nines.
7577 @smallexample
7578 @group
7579 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7580     .                                          .
7582     9 V M a =                                  v v
7584 @end group
7585 @end smallexample
7586 @noindent
7587 @smallexample
7588 @group
7589 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7590     .                              .
7592     V U *                          v v 1 |
7593 @end group
7594 @end smallexample
7596 @noindent
7597 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7598 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7599 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7600 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7601 rightmost digit.
7603 @smallexample
7604 @group
7605 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7606 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7607     .
7609     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7610 @end group
7611 @end smallexample
7613 @noindent
7614 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7615 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7616 digits that generated them.
7618 Finally, we must convert this list back into an integer.
7620 @smallexample
7621 @group
7622 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7623 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7624 1:  [100000000000, ... ]          .
7625     .
7627     10 @key{RET} 12 ^  r 1              |
7629 @end group
7630 @end smallexample
7631 @noindent
7632 @smallexample
7633 @group
7634 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7635     .                                            .
7637     V M *                                        V R +
7638 @end group
7639 @end smallexample
7641 @noindent
7642 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7643 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7645 @smallexample
7646 @group
7647 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7648     .                             .
7650                                   V R ' 10 $$ + $ @key{RET}
7651 @end group
7652 @end smallexample
7654 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7655 @subsection List Tutorial Exercise 10
7657 @noindent
7658 For the list @cite{[a, b, c, d]}, the result is @cite{((a = b) = c) = d},
7659 which will compare @cite{a} and @cite{b} to produce a 1 or 0, which is
7660 then compared with @cite{c} to produce another 1 or 0, which is then
7661 compared with @cite{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7663 Here's a more correct method:
7665 @smallexample
7666 @group
7667 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7668     .                    1:  7
7669                              .
7671   ' [7,7,7,8,7] @key{RET}          @key{RET} v r 1 @key{RET}
7673 @end group
7674 @end smallexample
7675 @noindent
7676 @smallexample
7677 @group
7678 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7679     .                        .
7681     V M a =                  V R *
7682 @end group
7683 @end smallexample
7685 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7686 @subsection List Tutorial Exercise 11
7688 @noindent
7689 The circle of unit radius consists of those points @cite{(x,y)} for which
7690 @cite{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @cite{x^2}
7691 and a vector of @cite{y^2}.
7693 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7694 commands.
7696 @smallexample
7697 @group
7698 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7699 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7700     .                              .
7702  v . t .  2. v b 100 @key{RET} @key{RET}       V M k r
7704 @end group
7705 @end smallexample
7706 @noindent
7707 @smallexample
7708 @group
7709 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7710 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7711     .                              .
7713     1 -  2 V M ^                   @key{TAB}  V M k r  1 -  2 V M ^
7714 @end group
7715 @end smallexample
7717 Now we sum the @cite{x^2} and @cite{y^2} values, compare with 1 to
7718 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7720 @smallexample
7721 @group
7722 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
7723     .                              .                     .
7725     +                              1 V M a <             V R +
7726 @end group
7727 @end smallexample
7729 @noindent
7730 The ratio @cite{84/100} should approximate the ratio @c{$\pi/4$}
7731 @cite{pi/4}.
7733 @smallexample
7734 @group
7735 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
7736     .              .          1:  3.14159        .
7738     100 /          4 *            P              /
7739 @end group
7740 @end smallexample
7742 @noindent
7743 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
7744 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
7745 not very efficient!
7747 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
7748 will be slightly different from the one shown here!)
7750 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7751 return to full-sized display of vectors.
7753 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
7754 @subsection List Tutorial Exercise 12
7756 @noindent
7757 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
7758 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
7759 @cite{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @cite{x}
7760 component for one end of the match, pick a random direction @c{$\theta$}
7761 @cite{theta},
7762 and see if @cite{x} and @c{$x + \cos \theta$}
7763 @cite{x + cos(theta)} (which is the @cite{x}
7764 coordinate of the other endpoint) cross a line.  The lines are at
7765 integer coordinates, so this happens when the two numbers surround
7766 an integer.
7768 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
7769 of the two endpoints as @cite{x}.  Then @cite{theta} is an angle pointing
7770 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
7771 it would feel like cheating to refer to @c{$\pi/2$}
7772 @cite{pi/2} radians while trying
7773 to estimate @c{$\pi$}
7774 @cite{pi}!)
7776 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
7777 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
7778 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
7779 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
7780 Pick random @cite{x} and @c{$\theta$}
7781 @cite{theta}, compute @c{$x + \cos \theta$}
7782 @cite{x + cos(theta)},
7783 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
7785 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7786 commands.
7788 @smallexample
7789 @group
7790 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
7791     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
7792                                    .
7794 v . t . 1. v b 100 @key{RET}  V M k r    180. v b 100 @key{RET}  V M k r  90 -
7795 @end group
7796 @end smallexample
7798 @noindent
7799 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
7801 @smallexample
7802 @group
7803 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
7804 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
7805     .
7807     m d  V M C                     +
7809 @end group
7810 @end smallexample
7811 @noindent
7812 @smallexample
7813 @group
7814 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
7815     .                        .                   .
7817     1 V M a >                V R + 100 /         2 @key{TAB} /
7818 @end group
7819 @end smallexample
7821 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
7822 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
7823 a random integer.
7825 @smallexample
7826 @group
7827 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
7828 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
7829     .                                      .
7831     1000000 v b 100 @key{RET} @key{RET}                V M k r  @key{TAB}  V M k r
7833 @end group
7834 @end smallexample
7835 @noindent
7836 @smallexample
7837 @group
7838 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
7839     .                        .                      .
7841     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
7843 @end group
7844 @end smallexample
7845 @noindent
7846 @smallexample
7847 @group
7848 1:  10.714        1:  3.273
7849     .                 .
7851     6 @key{TAB} /           Q
7852 @end group
7853 @end smallexample
7855 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
7856 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
7858 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7859 return to full-sized display of vectors.
7861 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
7862 @subsection List Tutorial Exercise 13
7864 @noindent
7865 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
7867 @smallexample
7868 @group
7869 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
7870     .
7872     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}
7873 @end group
7874 @end smallexample
7876 @noindent
7877 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
7878 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
7879 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
7880 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
7882 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
7883 if the input vector is @cite{[a, b, c, d]}, then the hash code is
7884 @cite{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
7885 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
7887 @smallexample
7888 @group
7889 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
7890 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
7891     .                              .
7893     @key{RET} v l                        v x 16 @key{RET} -
7895 @end group
7896 @end smallexample
7897 @noindent
7898 @smallexample
7899 @group
7900 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
7901 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
7902     .
7904     3 @key{TAB} V M ^                    *                 511 %
7905 @end group
7906 @end smallexample
7908 @noindent
7909 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
7910 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
7911 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
7912 function of two arguments that computes its first argument times three
7913 plus its second argument.
7915 @smallexample
7916 @group
7917 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
7918     .                              .
7920     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' 3$$+$ @key{RET}
7921 @end group
7922 @end smallexample
7924 @noindent
7925 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
7926 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
7927 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
7929 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
7930 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
7931 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
7932 without affecting the result.  While this means there are more
7933 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
7934 the operations are faster.
7936 @smallexample
7937 @group
7938 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
7939     .                              .
7941     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' (3$$+$)%511 @key{RET}
7942 @end group
7943 @end smallexample
7945 Why does this work?  Think about a two-step computation:
7946 @w{@cite{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
7947 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
7948 So the result when we take the modulo after every step is,
7950 @ifinfo
7951 @example
7952 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
7953 @end example
7954 @end ifinfo
7955 @tex
7956 \turnoffactive
7957 \beforedisplay
7958 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
7959 \afterdisplay
7960 @end tex
7962 @noindent
7963 for some suitable integers @cite{m} and @cite{n}.  Expanding out by
7964 the distributive law yields
7966 @ifinfo
7967 @example
7968 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
7969 @end example
7970 @end ifinfo
7971 @tex
7972 \turnoffactive
7973 \beforedisplay
7974 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
7975 \afterdisplay
7976 @end tex
7978 @noindent
7979 The @cite{m} term in the latter formula is redundant because any
7980 contribution it makes could just as easily be made by the @cite{n}
7981 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
7982 @cite{n' = 3m + n},
7984 @ifinfo
7985 @example
7986 9 a + 3 b + c - 511 n'
7987 @end example
7988 @end ifinfo
7989 @tex
7990 \turnoffactive
7991 \beforedisplay
7992 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n' $$
7993 \afterdisplay
7994 @end tex
7996 @noindent
7997 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
7998 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
8000 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
8001 basically automate the idea of reducing every intermediate result
8002 modulo some value @var{m}.
8004 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
8005 @subsection List Tutorial Exercise 14
8007 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
8008 step to an @cite{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
8009 otherwise the problem is quite straightforward.
8011 @smallexample
8012 @group
8013 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
8014 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
8015     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
8016                      ...
8018     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> @key{RET}
8019 @end group
8020 @end smallexample
8022 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
8023 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
8024 before nesting even begins.
8026 We now have a vector of @cite{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
8027 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
8028 to get a pair of vectors, @cite{x} and @cite{y}, suitable for graphing.
8030 @smallexample
8031 @group
8032 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
8033 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
8034     .
8036     v t  v u  g f
8037 @end group
8038 @end smallexample
8040 Incidentally, because the @cite{x} and @cite{y} are completely
8041 independent in this case, we could have done two separate commands
8042 to create our @cite{x} and @cite{y} vectors of numbers directly.
8044 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
8045 a random direction exactly gives us an @cite{[x, y]} step of unit
8046 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
8047 we might want to lower the precision a bit for it.
8049 @smallexample
8050 @group
8051 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
8052 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
8053     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
8054                      ...
8056     [0,0] 50   m d  p 6 @key{RET}   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> @key{RET}
8057 @end group
8058 @end smallexample
8060 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
8062 An interesting twist on these random walk functions would be to use
8063 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
8064 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
8065 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
8066 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
8067 Schwartz.)
8069 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
8070 @subsection Types Tutorial Exercise 1
8072 @noindent
8073 If the number is the square root of @c{$\pi$}
8074 @cite{pi} times a rational number,
8075 then its square, divided by @c{$\pi$}
8076 @cite{pi}, should be a rational number.
8078 @smallexample
8079 @group
8080 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
8081     .                    .                    .
8083                          2 ^ P /              c F
8084 @end group
8085 @end smallexample
8087 @noindent
8088 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
8089 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
8090 happens to be the fraction which most closely represents some
8091 irrational number to within 12 digits.
8093 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
8094 precision slightly and try again:
8096 @smallexample
8097 @group
8098 1:  0.509433962268     1:  27:53
8099     .                      .
8101     U p 10 @key{RET}             c F
8102 @end group
8103 @end smallexample
8105 @noindent
8106 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
8107 this simple to within ten digits, so our original number was probably
8108 @c{$\sqrt{27 \pi / 53}$}
8109 @cite{sqrt(27 pi / 53)}.
8111 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
8112 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
8113 to the current precision before they begin.
8115 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
8116 @subsection Types Tutorial Exercise 2
8118 @noindent
8119 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
8120 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
8122 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
8123 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
8124 far as Calc is concerned all infinities are as just as big.
8125 In other words, as @cite{x} goes to infinity, @cite{e^x} also goes
8126 to infinity, but the fact the @cite{e^x} grows much faster than
8127 @cite{x} is not relevant here.
8129 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8130 the input is infinite.
8132 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @cite{(0, 1)}
8133 represents the imaginary number @cite{i}.  Here's a derivation:
8134 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8135 The first part is, by definition, @cite{i}; the second is @code{inf}
8136 because, once again, all infinities are the same size.
8138 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8139 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8140 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8141 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8143 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @cite{x} points,
8144 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8146 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8147 input.  As in the @cite{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8148 here if you have turned on ``infinite'' mode.  Otherwise, it will
8149 treat @samp{ln(0)} as an error.
8151 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8152 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8154 @noindent
8155 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8156 @cite{a}, just by claiming that we added @cite{a} to the first
8157 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8158 values of @cite{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8159 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8160 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8162 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8163 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8164 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8165 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8167 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8168 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8169 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8170 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8171 unable to tell what the true answer is.
8173 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8174 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8176 @smallexample
8177 @group
8178 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8179 1:  17                          .
8180     .
8182     0@@ 47' 26" @key{RET} 17           /
8183 @end group
8184 @end smallexample
8186 @noindent
8187 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8189 @smallexample
8190 @group
8191 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8192 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8193     .
8195     20"                      +                      17 *
8196 @end group
8197 @end smallexample
8199 @noindent
8200 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8202 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8203 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8205 @noindent
8206 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8207 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8208 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8210 @smallexample
8211 @group
8212 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8213     .                         .                        .
8215     ' <2/13> @key{RET}       @key{DEL}    ' <3/13> @key{RET}             t I
8216 @end group
8217 @end smallexample
8219 @noindent
8220 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8222 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8223 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8224 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8225 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8226 argument is exactly what we want to map over:
8228 @smallexample
8229 @group
8230 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8231 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8232     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8233                                .
8235     v x 6 @key{RET}                  V M t I
8236 @end group
8237 @end smallexample
8239 @ifinfo
8240 @noindent
8241 Et voila, September 13, 1991 is a Friday.
8242 @end ifinfo
8243 @tex
8244 \noindent
8245 {\it Et voil{\accent"12 a}}, September 13, 1991 is a Friday.
8246 @end tex
8248 @smallexample
8249 @group
8250 1:  242
8251     .
8253 ' <sep 13> - <jan 14> @key{RET}
8254 @end group
8255 @end smallexample
8257 @noindent
8258 And the answer to our original question:  242 days to go.
8260 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8261 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8263 @noindent
8264 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8265 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8266 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8267 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8268 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8269 don't know the leap year rule.
8271 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8272 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8273 the number of days between now and then, and compare that to the
8274 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8275 equal to the number of leap years there were.
8277 @smallexample
8278 @group
8279 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8280     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8281                                .
8283   ' <jan 1 10001> @key{RET}         ' <jan 1 1991> @key{RET}          -
8285 @end group
8286 @end smallexample
8287 @noindent
8288 @smallexample
8289 @group
8290 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8291 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8292 1:  1991              .               .
8293     .
8295   10001 @key{RET} 1991      -               365 *           -
8296 @end group
8297 @end smallexample
8299 @c [fix-ref Date Forms]
8300 @noindent
8301 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8302 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8303 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8304 background information in that regard.)
8306 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8307 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8309 @noindent
8310 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8311 @samp{+/-} notation may be used.
8313 @smallexample
8314 @group
8315 1:  1.              2:  1.
8316     .               1:  0.2
8317                         .
8319     20 @key{RET} .05 *        4 @key{RET} .05 *
8320 @end group
8321 @end smallexample
8323 Now we simply chug through the formula.
8325 @smallexample
8326 @group
8327 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8328     .                    .                        .
8330     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 @key{RET} 2 ^ *
8331 @end group
8332 @end smallexample
8334 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8335 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8337 @smallexample
8338 @group
8339 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8340 2:  6316.5                1:  0.1118
8341 1:  706.21                    .
8342     .
8344     @key{RET} v u                   @key{TAB} /
8345 @end group
8346 @end smallexample
8348 @noindent
8349 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8351 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8352 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8354 @noindent
8355 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8356 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8357 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8358 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8359 but with no upper bound.
8361 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8363 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8364 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8365 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8366 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8368 If you turn on ``infinite'' mode by pressing @kbd{m i}, you will
8369 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8370 as a possible value.
8372 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8373 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8374 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8375 will be either greater than @i{0.1}, or less than @i{-0.1}.  Thus
8376 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8377 in it from @i{-0.1} to @i{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8378 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8379 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8380 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8381 that interval arithmetic can do in this case.
8383 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8384 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8386 @smallexample
8387 @group
8388 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8389     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8390                         .                 .
8392     [ 3 n .. 3 ]        @key{RET} 2 ^           @key{TAB} @key{RET} *
8393 @end group
8394 @end smallexample
8396 @noindent
8397 In the first case the result says, ``if a number is between @i{-3} and
8398 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8399 of two numbers each between @i{-3} and 3 is between @i{-9} and 9.''
8401 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8402 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8403 for different numbers.
8405 The same issue arises when you try to square an error form.
8407 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8408 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8410 @noindent
8411 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @cite{x}.
8413 @smallexample
8414 @group
8415 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8416     .                      811749612              .
8417                            .
8419     17 M 811749613 @key{RET}     811749612              ^
8420 @end group
8421 @end smallexample
8423 @noindent
8424 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8425 must not be prime.
8427 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8428 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8429 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8430 use this method to test the second number.
8432 @smallexample
8433 @group
8434 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8435 1:  15485863                           .
8436     .
8438  [17 42 100000] 15485863 @key{RET}           V M ' ($$ mod $)^($-1) @key{RET}
8439 @end group
8440 @end smallexample
8442 @noindent
8443 The result is three ones (modulo @cite{n}), so it's very probable that
8444 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8446 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8447 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8448 the power using full integer arithmetic.
8450 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8451 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8452 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8453 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8455 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8456 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8458 @noindent
8459 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8460 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8461 multiply the number by an HMS form representing one second:
8463 @smallexample
8464 @group
8465 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8466     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8467                           .
8469     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8471 @end group
8472 @end smallexample
8473 @noindent
8474 @smallexample
8475 @group
8476 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8477 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8478     .
8480     x time @key{RET}                         +
8481 @end group
8482 @end smallexample
8484 @noindent
8485 It will be just after six in the morning.
8487 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8488 HMS form:
8490 @smallexample
8491 @group
8492 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8493     .                                 .
8495   ' hms(0, 0, 1e7 pi) @key{RET}             =
8496 @end group
8497 @end smallexample
8499 @noindent
8500 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8501 the actual number 3.14159...
8503 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8504 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8506 @noindent
8507 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8508 each.
8510 @smallexample
8511 @group
8512 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8513 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8514     .
8516     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8518 @end group
8519 @end smallexample
8520 @noindent
8521 @smallexample
8522 @group
8523 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8524     .
8526     17 *
8527 @end group
8528 @end smallexample
8530 @noindent
8531 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8533 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8534 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8536 @noindent
8537 Type @kbd{' 1 yr @key{RET} u c s @key{RET}}.  The answer is 31557600 seconds.
8539 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8540 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8542 @noindent
8543 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8544 to the other?
8546 @smallexample
8547 @group
8548 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8549     .                 .
8551  ' 1 m / c @key{RET}        u c ns @key{RET}
8552 @end group
8553 @end smallexample
8555 @noindent
8556 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8558 @smallexample
8559 @group
8560 1:  3.3356 ns     1:  0.81356 ns / ns     1:  0.81356
8561 2:  4.1 ns            .                       .
8562     .
8564   ' 4.1 ns @key{RET}        /                       u s
8565 @end group
8566 @end smallexample
8568 @noindent
8569 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8570 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8571 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8573 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8574 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8576 @noindent
8577 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8578 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8580 @smallexample
8581 @group
8582 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8583     .              1:  5 yd / hr            .
8584                        .
8586   ' 55 mph @key{RET}       ' 5 yd/hr @key{RET}          /
8587 @end group
8588 @end smallexample
8590 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8591 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8592 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8594 @smallexample
8595 @group
8596 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8597     .            1:  2                .
8598                      .
8600     u s              2                B
8601 @end group
8602 @end smallexample
8604 @noindent
8605 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8607 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8608 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8610 @noindent
8611 @c [fix-ref Declarations]
8612 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @cite{x} by the
8613 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8614 if @w{@cite{x = -4}}.)  If @cite{x} is real, this formula could be
8615 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8616 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8617 that @cite{x} is known to be real.)
8619 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8620 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8622 @noindent
8623 Suppose our roots are @cite{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8624 is zero when @cite{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8625 @cite{x-a} is zero when @cite{x=a}, so the product @cite{(x-a)(x-b)(x-c)}
8626 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8627 familiar form.
8629 @smallexample
8630 @group
8631 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8632     .                          .
8634     r 2                        a P x @key{RET}
8636 @end group
8637 @end smallexample
8638 @noindent
8639 @smallexample
8640 @group
8641 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  (x - 1.19023) (x + 1.19023) x
8642     .                                     .
8644     V M ' x-$ @key{RET}                         V R *
8646 @end group
8647 @end smallexample
8648 @noindent
8649 @smallexample
8650 @group
8651 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8652     .                          .
8654     a c x @key{RET}                  24 n *  a x
8655 @end group
8656 @end smallexample
8658 @noindent
8659 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8660 same as the original polynomial.
8662 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8663 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8665 @smallexample
8666 @group
8667 1:  x sin(pi x)         1:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8668     .                       .
8670   ' x sin(pi x) @key{RET}   m r   a i x @key{RET}
8672 @end group
8673 @end smallexample
8674 @noindent
8675 @smallexample
8676 @group
8677 1:  [y, 1]
8678 2:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8679     .
8681   ' [y,1] @key{RET} @key{TAB}
8683 @end group
8684 @end smallexample
8685 @noindent
8686 @smallexample
8687 @group
8688 1:  [(sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2, (sin(pi) - pi cos(pi)) / pi^2]
8689     .
8691     V M $ @key{RET}
8693 @end group
8694 @end smallexample
8695 @noindent
8696 @smallexample
8697 @group
8698 1:  (sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2 + (pi cos(pi) - sin(pi)) / pi^2
8699     .
8701     V R -
8703 @end group
8704 @end smallexample
8705 @noindent
8706 @smallexample
8707 @group
8708 1:  (sin(3.14159 y) - 3.14159 y cos(3.14159 y)) / 9.8696 - 0.3183
8709     .
8711     =
8713 @end group
8714 @end smallexample
8715 @noindent
8716 @smallexample
8717 @group
8718 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8719     .
8721     v x 5 @key{RET}  @key{TAB}  V M $ @key{RET}
8722 @end group
8723 @end smallexample
8725 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8726 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8728 @noindent
8729 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
8730 the contributions from the slices, since the slices have varying
8731 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
8732 coefficients.  Here's one way:
8734 @smallexample
8735 @group
8736 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
8737 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
8738     .                      .
8740     1 n v x 9 @key{RET}          V M ^  3 @key{TAB}             -
8742 @end group
8743 @end smallexample
8744 @noindent
8745 @smallexample
8746 @group
8747 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8748     .                          .
8750     1 |                        1 @key{TAB} |
8751 @end group
8752 @end smallexample
8754 @noindent
8755 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
8756 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
8758 @smallexample
8759 @group
8760 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8761 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
8762     .
8764  11 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}  C-u v x
8766 @end group
8767 @end smallexample
8768 @noindent
8769 @smallexample
8770 @group
8771 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8772 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
8773     .
8775     ' sin(x) ln(x) @key{RET}   m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
8776 @end group
8777 @end smallexample
8779 @noindent
8780 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
8781 same thing.
8783 @smallexample
8784 @group
8785 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
8786     .              .              .
8788     *              .1 *           3 /
8789 @end group
8790 @end smallexample
8792 @noindent
8793 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
8795 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
8796 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
8798 @noindent
8799 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
8801 @smallexample
8802 @group
8803                                                ___
8804                                           2 + V 2
8805 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  --------
8806     .                                          ___
8807                                           1 + V 2
8809                                           .
8811   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) @key{RET}         d B
8812 @end group
8813 @end smallexample
8815 @noindent
8816 Multiplying by the conjugate helps because @cite{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
8818 @smallexample
8819 @group
8820           ___    ___
8821 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
8822     .
8824   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) @key{RET}
8826 @end group
8827 @end smallexample
8828 @noindent
8829 @smallexample
8830 @group
8831          ___                         ___
8832 1:  2 + V 2  - 2                1:  V 2
8833     .                               .
8835   a r a*(b+c) := a*b + a*c          a s
8836 @end group
8837 @end smallexample
8839 @noindent
8840 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
8841 second step.)
8843 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
8844 different circumstances, such as when the denominator involves
8845 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
8847 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
8848 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
8850 @noindent
8851 Here is the rule set:
8853 @smallexample
8854 @group
8855 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
8856   fib(1, x, y) := x,
8857   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
8858 @end group
8859 @end smallexample
8861 @noindent
8862 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
8863 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
8864 second rule converts back from three-argument form once the computation
8865 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
8866 says that if @cite{x} and @cite{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
8867 then @cite{y} and @cite{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
8868 numbers.
8870 Notice that because the number @cite{n} was ``validated'' by the
8871 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
8872 the other rules because the rule set would never get that far unless
8873 the input were valid.  That further speeds computation, since no
8874 extra conditions need to be checked at every step.
8876 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
8877 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
8878 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
8879 help keep this from happening by accident would be to use something like
8880 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
8881 function.
8883 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
8884 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
8886 @noindent
8887 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
8888 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
8889 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
8890 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
8891 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
8892 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
8893 to make sure the rule applied only once.
8895 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
8896 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
8897 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
8898 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
8899 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
8900 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
8901 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
8902 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
8903 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
8905 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
8906 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
8908 @noindent
8909 @ignore
8910 @starindex
8911 @end ignore
8912 @tindex seq
8913 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
8915 @smallexample
8916 @group
8917 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
8918   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
8919 @end group
8920 @end smallexample
8922 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
8923 rules produces the following sequence of formulas:
8925 @example
8926 seq( 3, 1)
8927 seq(10, 2)
8928 seq( 5, 3)
8929 seq(16, 4)
8930 seq( 8, 5)
8931 seq( 4, 6)
8932 seq( 2, 7)
8933 seq( 1, 8)
8934 @end example
8936 @noindent
8937 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
8939 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
8941 @smallexample
8942 @group
8943 [ seq(n) := seq(n, 0),
8944   seq(1, c) := c,
8945   ... ]
8946 @end group
8947 @end smallexample
8949 @noindent
8950 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
8951 as the result.
8953 The change to return a vector is quite simple:
8955 @smallexample
8956 @group
8957 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
8958   seq(1, v) := v | 1,
8959   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
8960   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
8961 @end group
8962 @end smallexample
8964 @noindent
8965 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
8967 Notice that the @cite{n > 1} guard is no longer necessary on the last
8968 rule since the @cite{n = 1} case is now detected by another rule.
8969 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
8970 initial value is suitable before the computation begins.
8972 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
8973 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
8974 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
8975 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
8976 apply and the rewrites will stop right away.
8978 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
8979 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
8981 @noindent
8982 @ignore
8983 @starindex
8984 @end ignore
8985 @tindex nterms
8986 If @cite{x} is the sum @cite{a + b}, then `@t{nterms(}@var{x}@t{)}' must
8987 be `@t{nterms(}@var{a}@t{)}' plus `@t{nterms(}@var{b}@t{)}'.  If @cite{x}
8988 is not a sum, then `@t{nterms(}@var{x}@t{)}' = 1.
8990 @smallexample
8991 @group
8992 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
8993   nterms(x)     := 1 ]
8994 @end group
8995 @end smallexample
8997 @noindent
8998 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
8999 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
9000 already know that @samp{x} is not a sum.
9002 @node Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 7, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
9003 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
9005 Just put the rule @samp{0^0 := 1} into @code{EvalRules}.  For example,
9006 before making this definition we have:
9008 @smallexample
9009 @group
9010 2:  [-2, -1, 0, 1, 2]                1:  [1, 1, 0^0, 1, 1]
9011 1:  0                                    .
9012     .
9014     v x 5 @key{RET}  3 -  0                    V M ^
9015 @end group
9016 @end smallexample
9018 @noindent
9019 But then:
9021 @smallexample
9022 @group
9023 2:  [-2, -1, 0, 1, 2]                1:  [1, 1, 1, 1, 1]
9024 1:  0                                    .
9025     .
9027     U  ' 0^0:=1 @key{RET} s t EvalRules @key{RET}    V M ^
9028 @end group
9029 @end smallexample
9031 Perhaps more surprisingly, this rule still works with infinite mode
9032 turned on.  Calc tries @code{EvalRules} before any built-in rules for
9033 a function.  This allows you to override the default behavior of any
9034 Calc feature:  Even though Calc now wants to evaluate @cite{0^0} to
9035 @code{nan}, your rule gets there first and evaluates it to 1 instead.
9037 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
9038 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
9039 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
9041 @node Rewrites Answer 7, Programming Answer 1, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
9042 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 7
9044 @noindent
9045 Here is a rule set that will do the job:
9047 @smallexample
9048 @group
9049 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
9050   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
9051      :: constant(a) :: constant(b),
9052   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
9053      :: constant(a) :: constant(b),
9054   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
9055   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
9056   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
9057 @end group
9058 @end smallexample
9060 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
9061 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
9062 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
9063 say, @code{O}, first.
9065 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
9066 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
9067 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
9068 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
9069 you if you put it into @code{EvalRules}!
9071 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
9072 The optional constant coefficients are there mostly so that
9073 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
9074 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
9076 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
9078 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
9079 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
9080 with @samp{a = 1/4}.)
9082 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
9083 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
9084 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
9085 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
9086 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
9088 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
9090 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
9091 that represents truncated power series.  We might represent these as
9092 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
9093 a vector of coefficients for @cite{x^0}, @cite{x^1}, @cite{x^2}, and so
9094 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
9095 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
9096 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
9097 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
9098 you could still enter power series in exactly the same notation as
9099 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
9100 although the objects would be a bit harder to read.
9102 @c [fix-ref Compositions]
9103 Some other symbolic math programs provide a power series data type
9104 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
9105 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
9106 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
9107 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
9108 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
9109 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
9110 objects have a special display format that makes them look like
9111 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
9112 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
9113 this it would probably be better to write the formatting routine
9114 in Lisp.)
9116 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 7, Answers to Exercises
9117 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
9119 @noindent
9120 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
9121 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
9122 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
9123 change this to @samp{(x)} since @cite{t} is really a dummy variable
9124 to be used within @code{ninteg}.
9126 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si @key{RET} @key{RET} C-b C-b @key{DEL} @key{DEL} @key{RET} y}.
9127 (The @kbd{C-b C-b @key{DEL} @key{DEL}} are what fix the argument list.)
9129 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
9130 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
9132 @noindent
9133 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
9134 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-@key{TAB} n M-@key{TAB} M-@key{TAB} C-x )}.
9136 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
9137 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
9139 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
9140 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
9141 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
9143 Just for kicks, let's also do it algebraically:
9144 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ @key{RET} C-x )}}.
9146 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
9147 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
9149 @noindent
9150 Each of these functions can be computed using the stack, or using
9151 algebraic entry, whichever way you prefer:
9153 @noindent
9154 Computing @c{$\displaystyle{\sin x \over x}$}
9155 @cite{sin(x) / x}:
9157 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{RET} S @key{TAB} /  C-x )}.
9159 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ @key{RET}  C-x )}.
9161 @noindent
9162 Computing the logarithm:
9164 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{TAB} B  C-x )}
9166 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) @key{RET}  C-x )}.
9168 @noindent
9169 Computing the vector of integers:
9171 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 @key{RET} 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9172 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9173 from the stack.)
9175 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9176 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9177 next command.)
9179 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) @key{RET}  C-x )}.
9181 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9182 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9184 @noindent
9185 Here's one way:  @kbd{C-x ( @key{RET} V R + @key{TAB} v l / C-x )}.
9187 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9188 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9190 @smallexample
9191 @group
9192 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9193 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9194     .                                            .
9196    1 @key{RET} 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9197 @end group
9198 @end smallexample
9200 @noindent
9201 This answer is quite accurate.
9203 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9204 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9206 @noindent
9207 Here is the matrix:
9209 @example
9210 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9211   [ 1, 1 ] ]
9212 @end example
9214 @noindent
9215 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @cite{n+1}
9216 and @cite{n+2}.  Here's one program that does the job:
9218 @example
9219 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] @key{RET} v u @key{DEL} C-x )
9220 @end example
9222 @noindent
9223 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9224 matrix (or other value) to the power @cite{n} in only @c{$\log_2 n$}
9225 @cite{log(n,2)}
9226 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9227 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9228 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9229 required so many steps that it would not have been practical.
9231 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9232 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9234 @noindent
9235 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9236 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9237 a separate variable to hold the integer counter.
9239 @smallexample
9240 @group
9241 1:  1          2:  1       1:  .
9242     .          1:  4
9243                    .
9245     1 t 1       1 @key{RET} 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9246 @end group
9247 @end smallexample
9249 @noindent
9250 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9251 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9252 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9253 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9254 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9255 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9256 loop counter exceeds 4.
9258 @smallexample
9259 @group
9260 2:  31                  3:  31
9261 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9262     .                   1:  4.02724519544
9263                             .
9265     r 1 r 2                 @key{RET} 31 & +
9266 @end group
9267 @end smallexample
9269 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9270 harmonic number is 4.02.
9272 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9273 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9275 @noindent
9276 The first step is to compute the derivative @cite{f'(x)} and thus
9277 the formula @c{$\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}$}
9278 @cite{x - f(x)/f'(x)}.
9280 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9281 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9282 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9283 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9284 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9285 just for purposes of illustration.)
9287 @smallexample
9288 @group
9289 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9290 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9291     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9292                                      .
9294 ' sin(cos(x))-0.5 @key{RET} 4.5  m r  C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}
9296 @end group
9297 @end smallexample
9298 @noindent
9299 @smallexample
9300 @group
9301 2:  4.5
9302 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9303     .
9305     /  ' x @key{RET} @key{TAB} -   t 1
9306 @end group
9307 @end smallexample
9309 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9310 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9311 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9312 repetitions are done.)
9314 @smallexample
9315 @group
9316 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9317     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9318                 1:  4.5                         .
9319                     .
9321   20 Z <          @key{RET} r 1 @key{TAB}                 s l x @key{RET}
9322 @end group
9323 @end smallexample
9325 This is the new guess for @cite{x}.  Now we compare it with the
9326 old one to see if we've converged.
9328 @smallexample
9329 @group
9330 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9331 2:  5.24196     1:  0               .               .
9332 1:  4.5             .
9333     .
9335   @key{RET} M-@key{TAB}         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9336 @end group
9337 @end smallexample
9339 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9340 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9342 @smallexample
9343 @group
9344 2:  5.26345856348
9345 1:  0.499999999997
9346     .
9348  @key{RET} ' sin(cos($)) @key{RET}
9349 @end group
9350 @end smallexample
9352 Let's test the new definition again:
9354 @smallexample
9355 @group
9356 2:  x^2 - 9           1:  3.
9357 1:  1                     .
9358     .
9360   ' x^2-9 @key{RET} 1           X
9361 @end group
9362 @end smallexample
9364 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9366 @example
9367 @group
9368 C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}  /  ' x @key{RET} @key{TAB} -  t 1
9369            20 Z <  @key{RET} r 1 @key{TAB}  s l x @key{RET}
9370                    @key{RET} M-@key{TAB}  a =  Z /
9371               Z >
9372       Z '
9373 C-x )
9374 @end group
9375 @end example
9377 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9378 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9379 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9380 to see how to use it.
9382 @c [fix-ref Root Finding]
9383 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9384 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9385 @xref{Root Finding}.
9387 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9388 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9390 @noindent
9391 The first step is to adjust @cite{z} to be greater than 5.  A simple
9392 ``for'' loop will do the job here.  If @cite{z} is less than 5, we
9393 reduce the problem using @c{$\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z$}
9394 @cite{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9395 on to compute @c{$\psi(z+1)$}
9396 @cite{psi(z+1)}, and remember to add back a factor of
9397 @cite{-1/z} when we're done.  This step is repeated until @cite{z > 5}.
9399 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9400 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9401 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9402 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9403 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9404 just for purposes of illustration.)
9406 @smallexample
9407 @group
9408 1:  1.             1:  1.
9409     .                  .
9411  1.0 @key{RET}       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9412 @end group
9413 @end smallexample
9415 Here, variable 1 holds @cite{z} and variable 2 holds the adjustment
9416 factor.  If @cite{z < 5}, we use a loop to increase it.
9418 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9419 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9420 and will never converge because fractions compare equal only if they
9421 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9423 @smallexample
9424 @group
9425 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9426 2:  1.      1:  1            .
9427 1:  5           .
9428     .
9430   @key{RET} 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9431 @end group
9432 @end smallexample
9434 Now we compute the initial part of the sum:  @c{$\ln z - {1 \over 2z}$}
9435 @cite{ln(z) - 1/2z}
9436 minus the adjustment factor.
9438 @smallexample
9439 @group
9440 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9441 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9442     .                      .
9444     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9445 @end group
9446 @end smallexample
9448 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9449 up the value of @cite{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9450 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9452 @smallexample
9453 @group
9454 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9455 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9456 1:  40            1:  2              2:  2                .
9457     .                 .              1:  36.
9458                                          .
9460    2 @key{RET} 40        Z ( @key{RET} k b @key{TAB}     @key{RET} r 1 @key{TAB} ^      * /
9462 @end group
9463 @end smallexample
9464 @noindent
9465 @smallexample
9466 @group
9467 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9468 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9469 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9470     .                 .
9472   @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}       - @key{RET} M-@key{TAB}      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9473 @end group
9474 @end smallexample
9476 This is the value of @c{$-\gamma$}
9477 @cite{- gamma}, with a slight bit of roundoff error.
9478 To get a full 12 digits, let's use a higher precision:
9480 @smallexample
9481 @group
9482 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9483 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9485     1. @key{RET}                   p 16 @key{RET} X
9486 @end group
9487 @end smallexample
9489 Here's the complete sequence of keystrokes:
9491 @example
9492 @group
9493 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9494            @key{RET} 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9495            L r 1 2 * & - r 2 -
9496            2 @key{RET} 40  Z (  @key{RET} k b @key{TAB} @key{RET} r 1 @key{TAB} ^ * /
9497                           @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} - @key{RET} M-@key{TAB} a = Z /
9498                   2  Z )
9499       Z '
9500 C-x )
9501 @end group
9502 @end example
9504 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9505 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9507 @noindent
9508 Taking the derivative of a term of the form @cite{x^n} will produce
9509 a term like @c{$n x^{n-1}$}
9510 @cite{n x^(n-1)}.  Taking the derivative of a constant
9511 produces zero.  From this it is easy to see that the @cite{n}th
9512 derivative of a polynomial, evaluated at @cite{x = 0}, will equal the
9513 coefficient on the @cite{x^n} term times @cite{n!}.
9515 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9516 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9517 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9518 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9519 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9520 just for purposes of illustration.)
9522 @smallexample
9523 @group
9524 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9525 1:  6                          2:  0
9526     .                          1:  6
9527                                    .
9529   ' 5 x^4 + (x+1)^2 @key{RET} 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9530 @end group
9531 @end smallexample
9533 @noindent
9534 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9536 @smallexample
9537 @group
9538 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9539 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9540     .              1:  1                      .
9541                        .
9543    Z ( @key{TAB}         @key{RET} 0 s l x @key{RET}            M-@key{TAB} ! /  s | 1
9544 @end group
9545 @end smallexample
9547 @noindent
9548 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9549 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9550 have written instead, @kbd{r 1 @key{TAB} | t 1}.
9552 @smallexample
9553 @group
9554 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9555     .                         .             .
9557     a d x @key{RET}                 1 Z )         @key{DEL} r 1  Z ' C-x )
9558 @end group
9559 @end smallexample
9561 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9562 against a table of powers of @cite{x}.
9564 @smallexample
9565 @group
9566 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9567 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9568     .                            .
9570     6 @key{RET}                        1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x
9572 @end group
9573 @end smallexample
9574 @noindent
9575 @smallexample
9576 @group
9577 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9578 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9579     .
9581     ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^            *
9582 @end group
9583 @end smallexample
9585 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9587 @example
9588 @group
9589 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9590            Z (  @key{TAB} @key{RET} 0 s l x @key{RET} M-@key{TAB} ! /  s | 1
9591                 a d x @key{RET}
9592          1 Z ) r 1
9593       Z '
9594 C-x )
9596 C-x (  1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^ *  C-x )
9597 @end group
9598 @end example
9600 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9601 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9603 @noindent
9604 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9605 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9606 return one number, so @key{DEL} as a dummy definition will make
9607 sure the stack comes out right.
9609 @smallexample
9610 @group
9611 2:  4          1:  4                         2:  4
9612 1:  2              .                         1:  2
9613     .                                            .
9615   4 @key{RET} 2       C-x ( @key{DEL} C-x )  Z K s @key{RET}       2
9616 @end group
9617 @end smallexample
9619 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9620 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9621 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9622 to the form @cite{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9624 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9625 below.  You can use @kbd{M-# m} to load it from there.)
9627 @smallexample
9628 @group
9629 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9630 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9631     .        2:  4       1:  0           .
9632              1:  2           .
9633                  .
9635   C-x (       M-2 @key{RET}        a =         Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1  Z :
9637 @end group
9638 @end smallexample
9639 @noindent
9640 @smallexample
9641 @group
9642 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9643 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9644 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9645 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9646     .                                                .        .
9648   @key{RET} 0   a = Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0  Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB}   M-2 @key{RET}     1 -      z s
9649 @end group
9650 @end smallexample
9652 @noindent
9653 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9654 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9656 @smallexample
9657 @group
9658 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9659 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9660 1:  2               2:  3           1:  3           .
9661     .               1:  2               .
9662                         .
9664  M-@key{TAB} M-@key{TAB}     @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}         z s          *          -
9666 @end group
9667 @end smallexample
9668 @noindent
9669 @smallexample
9670 @group
9671 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9672     .                           1:  2              .       1:  11
9673                                     .                          .
9675   Z ] Z ] C-x )   Z K s @key{RET}      @key{DEL} 4 @key{RET} 2       z s      M-@key{RET} k s
9676 @end group
9677 @end smallexample
9679 Even though the result that we got during the definition was highly
9680 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9681 the right answers.
9683 Here's the full program once again:
9685 @example
9686 @group
9687 C-x (  M-2 @key{RET} a =
9688        Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1
9689        Z :  @key{RET} 0 a =
9690             Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0
9691             Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB} M-2 @key{RET} 1 - z s
9692                  M-@key{TAB} M-@key{TAB} @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} z s * -
9693             Z ]
9694        Z ]
9695 C-x )
9696 @end group
9697 @end example
9699 You can read this definition using @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro})
9700 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9701 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9702 definition as it reads it in.  For this reason, @code{M-# m} is often
9703 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9705 @node Programming Answer 12, , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9706 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9708 @noindent
9709 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9710 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9712 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9713 Stirling numbers in a convenient variable:
9715 @smallexample
9716 s e StirlingRules @key{RET}
9717 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9718   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9719   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9720 C-c C-c
9721 @end smallexample
9723 Now, it's just a matter of applying the rules:
9725 @smallexample
9726 @group
9727 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9728 1:  2              .                        .
9729     .
9731   4 @key{RET} 2       C-x (  ' s($$,$) @key{RET}     a r StirlingRules @key{RET}  C-x )
9732 @end group
9733 @end smallexample
9735 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9736 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9737 the last rule.
9739 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9740 @tex
9741 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9742 @end tex
9744 @c [reference]
9746 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9747 @chapter Introduction
9749 @noindent
9750 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9751 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9752 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9754 @c [when-split]
9755 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
9757 @menu
9758 * Basic Commands::
9759 * Help Commands::
9760 * Stack Basics::
9761 * Numeric Entry::
9762 * Algebraic Entry::
9763 * Quick Calculator::
9764 * Keypad Mode::
9765 * Prefix Arguments::
9766 * Undo::
9767 * Error Messages::
9768 * Multiple Calculators::
9769 * Troubleshooting Commands::
9770 @end menu
9772 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
9773 @section Basic Commands
9775 @noindent
9776 @pindex calc
9777 @pindex calc-mode
9778 @cindex Starting the Calculator
9779 @cindex Running the Calculator
9780 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
9781 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
9782 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
9783 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
9784 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
9785 Mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
9786 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
9787 list of the results of all calculations that have been done.  The
9788 Calc Trail buffer uses a variant of Calc Mode, so Calculator commands
9789 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
9790 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
9791 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.@refill
9793 @kindex M-# c
9794 @kindex M-# M-#
9795 @ignore
9796 @mindex @null
9797 @end ignore
9798 @kindex M-# #
9799 In most installations, the @kbd{M-# c} key sequence is a more
9800 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{M-# M-#} and
9801 @kbd{M-# #} are synonyms for @kbd{M-# c} unless you last used Calc
9802 in its ``keypad'' mode.
9804 @kindex x
9805 @kindex M-x
9806 @pindex calc-execute-extended-command
9807 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
9808 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
9809 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
9810 key (@code{calc-execute-extended-command})
9811 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
9812 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
9813 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.@refill
9815 @cindex Extensions module
9816 @cindex @file{calc-ext} module
9817 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{M-# c}, the
9818 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
9819 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
9820 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
9821 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
9822 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
9823 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
9824 extension module automatically, you can force it to load all the
9825 extensions by using the @kbd{M-# L} (@code{calc-load-everything})
9826 command.  @xref{Mode Settings}.@refill
9828 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{M-# c} with any numeric prefix argument,
9829 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
9830 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
9831 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
9832 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
9833 to auto-load the Calculator.@refill
9835 @kindex M-# b
9836 @pindex full-calc
9837 If you type @kbd{M-# b}, then next time you use @kbd{M-# c} you
9838 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
9839 When full-screen mode is on, @kbd{M-# c} runs the @code{full-calc}
9840 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
9841 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
9842 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
9843 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
9845 @kindex M-# o
9846 @pindex calc-other-window
9847 The @kbd{M-# o} command is like @kbd{M-# c} except that the Calc
9848 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
9849 window, @kbd{M-# o} switches you out of it.  (The regular Emacs
9850 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
9851 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
9852 @kbd{M-# o} takes care not to do.)
9854 @ignore
9855 @mindex M-# q
9856 @end ignore
9857 For one quick calculation, you can type @kbd{M-# q} (@code{quick-calc})
9858 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
9859 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
9860 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
9862 @ignore
9863 @mindex M-# k
9864 @end ignore
9865 Finally, if you are using the X window system you may want to try
9866 @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
9867 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
9868 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
9870 @kindex q
9871 @pindex calc-quit
9872 @cindex Quitting the Calculator
9873 @cindex Exiting the Calculator
9874 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc Mode and closes the
9875 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
9876 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
9877 contents of the stack intact.  Typing @kbd{M-# c} or @kbd{M-# M-#}
9878 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
9879 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{M-# M-#} as toggling the
9880 Calculator on and off.@refill
9882 @kindex M-# x
9883 The @kbd{M-# x} command also turns the Calculator off, no matter which
9884 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
9885 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
9887 @kindex d @key{SPC}
9888 @pindex calc-refresh
9889 @cindex Refreshing a garbled display
9890 @cindex Garbled displays, refreshing
9891 The @kbd{d @key{SPC}} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
9892 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
9893 buffer have been damaged somehow.
9895 @ignore
9896 @mindex o
9897 @end ignore
9898 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
9899 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
9901 @kindex <
9902 @kindex >
9903 @pindex calc-scroll-left
9904 @pindex calc-scroll-right
9905 @cindex Horizontal scrolling
9906 @cindex Scrolling
9907 @cindex Wide text, scrolling
9908 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
9909 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
9910 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
9911 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
9912 window whenever it can.)@refill
9914 @kindex @{
9915 @kindex @}
9916 @pindex calc-scroll-down
9917 @pindex calc-scroll-up
9918 @cindex Vertical scrolling
9919 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
9920 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
9921 height of the Calc window.@refill
9923 @kindex M-# 0
9924 @pindex calc-reset
9925 The @kbd{M-# 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{M-#} followed
9926 by a zero) resets the Calculator to its default state.  This clears
9927 the stack, resets all the modes, clears the caches (@pxref{Caches}),
9928 and so on.  (It does @emph{not} erase the values of any variables.)
9929 With a numeric prefix argument, @kbd{M-# 0} preserves the contents
9930 of the stack but resets everything else.
9932 @pindex calc-version
9933 The @kbd{M-x calc-version} command displays the current version number
9934 of Calc and the name of the person who installed it on your system.
9935 (This information is also present in the @samp{*Calc Trail*} buffer,
9936 and in the output of the @kbd{h h} command.)
9938 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
9939 @section Help Commands
9941 @noindent
9942 @cindex Help commands
9943 @kindex ?
9944 @pindex calc-help
9945 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
9946 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs'
9947 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
9948 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
9949 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
9950 to see additional commands for that prefix.)
9952 @kindex h h
9953 @pindex calc-full-help
9954 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
9955 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
9956 summary of Calc keystrokes.
9958 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
9959 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
9960 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
9962 @kindex h i
9963 @kindex M-# i
9964 @kindex i
9965 @pindex calc-info
9966 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
9967 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
9968 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
9969 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
9970 manual.  The @kbd{M-# i} command is another way to read the Calc
9971 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
9972 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
9973 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
9974 different command in a future version of Calc.
9976 @kindex h t
9977 @kindex M-# t
9978 @pindex calc-tutorial
9979 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
9980 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
9981 except that it selects the starting node of the tutorial rather
9982 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
9983 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
9984 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
9985 The @kbd{M-# t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
9986 all times).
9988 @kindex h s
9989 @kindex M-# s
9990 @pindex calc-info-summary
9991 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
9992 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{M-# s}
9993 key is equivalent to @kbd{h s}.
9995 @kindex h k
9996 @pindex calc-describe-key
9997 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
9998 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
9999 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
10000 command.  This works by looking up the textual description of
10001 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
10002 node indicated by the index.
10004 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
10005 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
10006 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
10007 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
10009 @kindex h c
10010 @pindex calc-describe-key-briefly
10011 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
10012 key sequence and displays a brief one-line description of it at
10013 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
10014 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
10015 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
10016 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
10017 gives the description:
10019 @smallexample
10020 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
10021 @end smallexample
10023 @noindent
10024 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
10025 takes a value @cite{a} from the stack, prompts for a value @cite{v},
10026 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
10027 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
10028 additional notes from the summary that apply to this command.
10030 @kindex h f
10031 @pindex calc-describe-function
10032 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
10033 algebraic function or a command name in the Calc manual.  The
10034 prompt initially contains @samp{calcFunc-}; follow this with an
10035 algebraic function name to look up that function in the Function
10036 Index.  Or, backspace and enter a command name beginning with
10037 @samp{calc-} to look it up in the Command Index.  This command
10038 will also look up operator symbols that can appear in algebraic
10039 formulas, like @samp{%} and @samp{=>}.
10041 @kindex h v
10042 @pindex calc-describe-variable
10043 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
10044 variable in the Calc manual.  The prompt initially contains the
10045 @samp{var-} prefix; just add a variable name like @code{pi} or
10046 @code{PlotRejects}.
10048 @kindex h b
10049 @pindex describe-bindings
10050 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
10051 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
10052 listed.
10054 @kindex h n
10055 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
10056 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
10057 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
10058 source files.
10060 @kindex h C-c
10061 @kindex h C-d
10062 @kindex h C-w
10063 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
10064 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
10065 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
10066 Bugs'' sections of the manual.
10068 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
10069 @section Stack Basics
10071 @noindent
10072 @cindex Stack basics
10073 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
10074 Calc uses RPN notation.  If you are not familar with RPN, @pxref{RPN
10075 Tutorial}.
10077 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
10078 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
10079 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
10080 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
10081 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
10082 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
10083 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
10084 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@i{-2}).@refill
10086 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
10087 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
10088 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
10089 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
10090 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
10091 @pxref{Truncating the Stack}.
10093 @kindex d l
10094 @pindex calc-line-numbering
10095 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
10096 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
10097 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
10098 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
10099 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
10101 @kindex o
10102 @pindex calc-realign
10103 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
10104 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
10105 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
10106 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
10108 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
10109 two consecutive numbers.
10110 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
10111 would enter the number 12.)  If you press @key{RET} or @key{SPC} @emph{not}
10112 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
10113 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.@refill
10115 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
10116 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
10117 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
10118 commands.@refill
10120 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
10121 @section Numeric Entry
10123 @noindent
10124 @kindex 0-9
10125 @kindex .
10126 @kindex e
10127 @cindex Numeric entry
10128 @cindex Entering numbers
10129 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
10130 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
10131 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
10132 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
10133 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
10135 @cindex Minus signs
10136 @cindex Negative numbers, entering
10137 @kindex _
10138 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
10139 typified by @cite{a-b} (subtraction), @cite{-x}
10140 (change-sign), and @cite{-5} (negative number).  Calc uses three
10141 different keys for these operations, respectively:
10142 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
10143 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
10144 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
10145 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
10146 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
10147 number @i{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
10148 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.@refill
10150 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10151 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10152 These notations are described later in this manual with the corresponding
10153 data types.  @xref{Data Types}.
10155 During numeric entry, the only editing key available is @key{DEL}.
10157 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10158 @section Algebraic Entry
10160 @noindent
10161 @kindex '
10162 @pindex calc-algebraic-entry
10163 @cindex Algebraic notation
10164 @cindex Formulas, entering
10165 Calculations can also be entered in algebraic form.  This is accomplished
10166 by typing the apostrophe key, @kbd{'}, followed by the expression in
10167 standard format:  @kbd{@key{'} 2+3*4 @key{RET}} computes
10168 @c{$2+(3\times4) = 14$}
10169 @cite{2+(3*4) = 14} and pushes that on the stack.  If you wish you can
10170 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10171 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10172 clear previous results off the stack.@refill
10174 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10175 the half-entered number into algebraic entry mode.  One reason to do this
10176 would be to use the full Emacs cursor motion and editing keys, which are
10177 available during algebraic entry but not during numeric entry.
10179 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10180 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10181 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10182 @xref{Editing Stack Entries}.
10184 @kindex m a
10185 @pindex calc-algebraic-mode
10186 @cindex Algebraic mode
10187 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10188 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10189 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10190 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10191 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10192 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10193 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10194 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10195 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.@refill
10197 @cindex Incomplete algebraic mode
10198 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10199 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10200 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10201 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10203 @kindex m t
10204 @pindex calc-total-algebraic-mode
10205 @cindex Total algebraic mode
10206 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10207 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10208 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10209 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10210 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10211 ``total'' algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10212 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10213 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns total algebraic
10214 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10215 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 @key{RET} M-S}.  The symbol
10216 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10218 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10219 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10220 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10222 @kindex $
10223 @cindex Formulas, referring to stack
10224 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10225 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10226 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10227 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10228 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10229 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10230 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10231 first character in the new formula.@refill
10233 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10234 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10235 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10236 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10237 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10238 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10239 since no single @samp{$} appears in this formula.)@refill
10241 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10242 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10243 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10244 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10245 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10246 on the stack and pushes an additional 6.
10248 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10249 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10250 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10251 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10252 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10253 @key{TAB} key.
10255 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-@key{RET}} instead
10256 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10257 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10258 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-@key{RET}} pushes 3.1415.)
10260 If you finish your algebraic entry by pressing @key{LFD} (or @kbd{C-j})
10261 instead of @key{RET}, Calc disables the default simplifications
10262 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10263 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10264 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @cite{1+2};
10265 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10267 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10268 @section ``Quick Calculator'' Mode
10270 @noindent
10271 @kindex M-# q
10272 @pindex quick-calc
10273 @cindex Quick Calculator
10274 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10275 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{M-# q} (or
10276 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10277 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10278 area, without ever actually putting up a Calc window.
10280 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10281 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10282 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10283 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10284 forget what it was, just run @code{M-# q} again and enter
10285 @samp{$} as the formula.
10287 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10288 session, the @kbd{M-# q} command will create the @code{*Calculator*}
10289 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10290 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10291 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10292 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10293 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10294 the regular @kbd{p} command.
10296 If you use @code{M-# q} from inside the Calculator buffer, the
10297 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10299 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10300 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10301 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10302 to yank the result into the next @kbd{M-# q} input line as a more
10303 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10304 into the Calculator stack after typing @kbd{M-# c}.
10306 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10307 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10308 buffer rather than going into the kill ring.
10310 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10311 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10312 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10313 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10314 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10315 @xref{Store and Recall}.
10317 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10318 the number will also be displayed in hex and octal formats.  If the
10319 integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10320 an ASCII character.
10322 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10323 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10324 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10325 is displayed only according to the current mode settings.  But
10326 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10327 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10328 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10330 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10331 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10332 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10333 small calculations.
10335 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10336 @section Numeric Prefix Arguments
10338 @noindent
10339 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10340 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10341 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10342 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10343 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.@refill
10345 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10346 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10347 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10348 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10349 on the entire stack.
10351 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10352 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10353 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10354 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10355 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10356 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10357 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10358 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10359 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10360 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10361 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10362 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10363 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10364 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10365 argument for some other purpose.
10367 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10368 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10369 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10370 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.@refill
10372 @kindex ~
10373 @pindex calc-num-prefix
10374 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10375 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10376 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10377 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10378 to the fourth power and set the precision to that value.@refill
10380 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10381 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10383 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10384 @section Undoing Mistakes
10386 @noindent
10387 @kindex U
10388 @kindex C-_
10389 @pindex calc-undo
10390 @cindex Mistakes, undoing
10391 @cindex Undoing mistakes
10392 @cindex Errors, undoing
10393 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10394 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10395 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10396 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10397 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10398 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10399 specified number of operations.  The undo history is cleared only by the
10400 @kbd{q} (@code{calc-quit}) command.  (Recall that @kbd{M-# c} is
10401 synonymous with @code{calc-quit} while inside the Calculator; this
10402 also clears the undo history.)
10404 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10405 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10406 will need to reset the mode yourself.
10408 @kindex D
10409 @pindex calc-redo
10410 @cindex Redoing after an Undo
10411 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10412 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10413 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10414 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10415 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10416 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10417 any other change, then it will be too late to redo.
10419 @kindex M-@key{RET}
10420 @pindex calc-last-args
10421 @cindex Last-arguments feature
10422 @cindex Arguments, restoring
10423 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10424 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10425 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10426 prefix argument, this command applies to the @cite{n}th most recent
10427 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10428 onto the stack.
10430 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10431 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10433 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10434 @xref{Trail Commands}.
10436 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10438 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10439 @section Error Messages
10441 @noindent
10442 @kindex w
10443 @pindex calc-why
10444 @cindex Errors, messages
10445 @cindex Why did an error occur?
10446 Many situations that would produce an error message in other calculators
10447 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10448 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @cite{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10449 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10450 reasons for this to happen.
10452 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10453 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10454 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10455 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10456 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10457 the same computation results in several messages.  (The first message
10458 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10460 @kindex d w
10461 @pindex calc-auto-why
10462 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10463 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10464 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10465 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10466 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10467 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10469 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10470 @section Multiple Calculators
10472 @noindent
10473 @pindex another-calc
10474 It is possible to have any number of Calc Mode buffers at once.
10475 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10476 is similar to @kbd{M-# c} except that if a @samp{*Calculator*}
10477 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10478 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10479 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10480 this would ordinarily never be done.
10482 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10483 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10484 Calculator buffer.
10486 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10487 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10488 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10489 global default values of these variables are used only when a new
10490 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10491 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10493 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10494 Calculator buffers.
10496 @node Troubleshooting Commands, , Multiple Calculators, Introduction
10497 @section Troubleshooting Commands
10499 @noindent
10500 This section describes commands you can use in case a computation
10501 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10503 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10504 to a bug or deficiency in Calc.
10506 @menu
10507 * Autoloading Problems::
10508 * Recursion Depth::
10509 * Caches::
10510 * Debugging Calc::
10511 @end menu
10513 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10514 @subsection Autoloading Problems
10516 @noindent
10517 The Calc program is split into many component files; components are
10518 loaded automatically as you use various commands that require them.
10519 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10520 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10521 work because some function you've never heard of was undefined.
10523 @kindex M-# L
10524 @pindex calc-load-everything
10525 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{M-# L}
10526 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10527 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10528 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10530 If you seem to run into this problem no matter what you do, or if
10531 even the @kbd{M-# L} command crashes, Calc may have been improperly
10532 installed.  @xref{Installation}, for details of the installation
10533 process.
10535 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10536 @subsection Recursion Depth
10538 @noindent
10539 @kindex M
10540 @kindex I M
10541 @pindex calc-more-recursion-depth
10542 @pindex calc-less-recursion-depth
10543 @cindex Recursion depth
10544 @cindex ``Computation got stuck'' message
10545 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10546 @cindex @code{max-specpdl-size}
10547 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10548 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10549 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10550 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10551 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10552 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10553 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)@refill
10555 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10556 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10557 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10558 The default value is 1000.
10560 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10561 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10563 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10564 @subsection Caches
10566 @noindent
10567 @cindex Caches
10568 @cindex Flushing caches
10569 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10570 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10571 constant @c{$\pi$}
10572 @cite{pi} to about 20 decimal places; if the current precision
10573 is greater than this, it will recompute @c{$\pi$}
10574 @cite{pi} using a series
10575 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10576 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10577 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10578 @c{$\pi \over 4$}
10579 @cite{pi/4} and @c{$\ln 2$}
10580 @cite{ln(2)}.  The visible effect of caching is that
10581 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10582 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10583 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10584 data points computed by the graphing commands.
10586 @pindex calc-flush-caches
10587 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10588 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10589 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10590 The @kbd{M-# 0} (with the zero key) command also resets caches along
10591 with all other aspects of the Calculator's state.
10593 @node Debugging Calc, , Caches, Troubleshooting Commands
10594 @subsection Debugging Calc
10596 @noindent
10597 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10598 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10599 your own Calc commands.
10601 @kindex Z T
10602 @pindex calc-timing
10603 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10604 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10605 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10606 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10607 accurate only to within one second.
10609 All steps of executing a command are included; in particular, time
10610 taken to format the result for display in the stack and trail is
10611 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10612 be answered, while others do not; this depends on the exact
10613 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10614 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10615 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10616 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10617 to execute the whole macro.
10619 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10620 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10621 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10622 that may take a long time to format and you don't wish to count
10623 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10624 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10625 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10627 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10628 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10629 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10630 This generally prevents garbage collection during the timing of
10631 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10632 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10633 factor in the timing of Emacs operations.)
10635 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10636 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10637 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10638 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10639 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10640 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10641 in the handler itself rather than at the true location of the
10642 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10643 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10644 will be lost.
10646 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10647 @chapter Data Types
10649 @noindent
10650 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10651 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10652 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10653 types are represented as underlying Lisp objects.)@refill
10655 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10656 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10657 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10658 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10659 arbitrarily:@: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10660 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10661 matrices, or algebraic formulas.
10663 @menu
10664 * Integers::                The most basic data type.
10665 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10666 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10667 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10668 * Infinities::
10669 * Vectors and Matrices::
10670 * Strings::
10671 * HMS Forms::
10672 * Date Forms::
10673 * Modulo Forms::
10674 * Error Forms::
10675 * Interval Forms::
10676 * Incomplete Objects::
10677 * Variables::
10678 * Formulas::
10679 @end menu
10681 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10682 @section Integers
10684 @noindent
10685 @cindex Integers
10686 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10687 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10688 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10689 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10690 floating-point form according to the current Fraction Mode.
10691 @xref{Fraction Mode}.)
10693 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10694 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10695 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10696 must not type commas during the entry of numbers.@refill
10698 @kindex #
10699 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10700 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10701 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10702 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10703 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10704 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10705 number, the current display radix is used.@refill
10707 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10708 @section Fractions
10710 @noindent
10711 @cindex Fractions
10712 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10713 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10714 performs RPN division; the following two sequences push the number
10715 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10716 assuming Fraction Mode has been enabled.)
10717 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10718 simplest form, which may in fact be an integer.@refill
10720 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10721 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10722 display formats.@refill
10724 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10725 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10726 form).  The numerator and denominator always use the same radix.@refill
10728 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10729 @section Floats
10731 @noindent
10732 @cindex Floating-point numbers
10733 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10734 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10735 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10736 range of acceptable values is from @c{$10^{-3999999}$}
10737 @cite{10^-3999999} (inclusive)
10738 to @c{$10^{4000000}$}
10739 @cite{10^4000000}
10740 (exclusive), plus the corresponding negative
10741 values and zero.
10743 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10744 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10745 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10746 indicate that during the calculation a number would have been produced
10747 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10748 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10749 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10750 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10751 would have overflowed!)
10753 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10754 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10755 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10756 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10758 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10759 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
10760 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
10761 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
10762 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
10763 or 0.235.
10765 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
10766 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
10767 displayed in scientific notation.  Various other display options are
10768 available.  @xref{Float Formats}.
10770 @cindex Accuracy of calculations
10771 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
10772 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
10773 number of significant digits specified by the current precision,
10774 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
10775 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
10776 as square roots and transcendental functions are performed with several
10777 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
10778 final result accurate to the full requested precision.  However,
10779 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
10780 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
10781 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
10782 way.@refill
10784 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
10785 and displayed in any radix just like integers and fractions.  The
10786 notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}} is a floating-point
10787 number whose digits are in the specified radix.  Note that the @samp{.}
10788 is more aptly referred to as a ``radix point'' than as a decimal
10789 point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is defined as
10790 @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can use
10791 @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific notation.
10792 The exponent is written in decimal, and is considered to be a power
10793 of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above, the
10794 letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
10795 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
10796 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
10798 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
10799 @section Complex Numbers
10801 @noindent
10802 @cindex Complex numbers
10803 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
10804 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
10805 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
10806 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
10807 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
10808 notation; @pxref{Complex Formats}.@refill
10810 Polar complex numbers are displayed in the form `@t{(}@var{r}@t{;}@c{$\theta$}
10811 @var{theta}@t{)}'
10812 where @var{r} is the nonnegative magnitude and @c{$\theta$}
10813 @var{theta} is the argument
10814 or phase angle.  The range of @c{$\theta$}
10815 @var{theta} depends on the current angular
10816 mode (@pxref{Angular Modes}); it is generally between @i{-180} and
10817 @i{+180} degrees or the equivalent range in radians.@refill
10819 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
10820 @xref{Incomplete Objects}.
10822 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
10823 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
10824 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
10825 a negative real), the current @dfn{Polar Mode} is used to determine the
10826 type.  @xref{Polar Mode}.
10828 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
10829 is 0 or 180 degrees or @c{$\pi$}
10830 @cite{pi} radians) is automatically converted to a real
10831 number.
10833 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
10834 @section Infinities
10836 @noindent
10837 @cindex Infinity
10838 @cindex @code{inf} variable
10839 @cindex @code{uinf} variable
10840 @cindex @code{nan} variable
10841 @vindex inf
10842 @vindex uinf
10843 @vindex nan
10844 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
10845 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
10846 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
10847 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
10848 names for your own variables because Calc gives them special
10849 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
10850 entered using algebraic entry.
10852 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
10853 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
10854 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
10855 really mean is that @cite{1 / x}, as @cite{x} becomes larger and
10856 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
10857 that if @cite{x} got ``all the way to infinity,'' then @cite{1 / x}
10858 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
10859 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that @c{$e^x$}
10860 @cite{exp(x)} grows without
10861 bound as @cite{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise stands
10862 for an infinitely negative real value; for example, we say that
10863 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
10864 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
10866 The same concept of limits can be used to define @cite{1 / 0}.  We
10867 really want the value that @cite{1 / x} approaches as @cite{x}
10868 approaches zero.  But if all we have is @cite{1 / 0}, we can't
10869 tell which direction @cite{x} was coming from.  If @cite{x} was
10870 positive and decreasing toward zero, then we should say that
10871 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @cite{x} was negative and increasing
10872 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @cite{x}
10873 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
10874 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
10875 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
10876 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
10878 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
10879 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
10880 already have them.  Thus, @cite{1 / 0} is treated simply as an
10881 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
10882 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
10883 @cite{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
10884 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
10885 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
10886 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
10887 some cases.
10889 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
10890 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
10891 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
10892 adding a finite number like five to it does not affect it.
10893 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
10894 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
10895 Just to show that infinities really are all the same size,
10896 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
10897 notation.
10899 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
10900 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
10901 came from, the answer could be literally anything.  The latter
10902 formula could be the limit of @cite{x / x} (giving a result of one),
10903 or @cite{2 x / x} (giving two), or @cite{x^2 / x} (giving @code{inf}),
10904 or @cite{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
10905 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
10906 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
10907 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
10908 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
10909 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
10910 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
10911 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
10912 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
10913 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on ``infinite mode''
10914 (as described above).
10916 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
10917 @xref{Interval Forms}.
10919 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
10920 @section Vectors and Matrices
10922 @noindent
10923 @cindex Vectors
10924 @cindex Plain vectors
10925 @cindex Matrices
10926 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
10927 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
10928 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
10929 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
10930 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
10932 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
10933 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
10934 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
10935 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
10936 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
10937 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
10938 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
10939 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
10940 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
10941 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
10942 this case.
10944 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
10945 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
10946 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
10947 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
10948 of its elements.@refill
10950 @ignore
10951 @starindex
10952 @end ignore
10953 @tindex vec
10954 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
10955 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an @c{$n\times m$}
10956 @asis{@var{n}x@var{m}}
10957 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
10958 from 1 to @samp{n}.
10960 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
10961 @section Strings
10963 @noindent
10964 @kindex "
10965 @cindex Strings
10966 @cindex Character strings
10967 Character strings are not a special data type in the Calculator.
10968 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
10969 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
10970 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
10971 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
10972 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
10974 @example
10975 @group
10976 \a     7          \^@@    0
10977 \b     8          \^a-z  1-26
10978 \e     27         \^[    27
10979 \f     12         \^\\   28
10980 \n     10         \^]    29
10981 \r     13         \^^    30
10982 \t     9          \^_    31
10983                   \^?    127
10984 @end group
10985 @end example
10987 @noindent
10988 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
10989 character from its ASCII code.
10991 @kindex d "
10992 @pindex calc-display-strings
10993 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
10994 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
10995 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
10996 instead.
10998 The backslash notations shown above are also used for displaying
10999 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
11000 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
11001 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
11002 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
11003 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
11005 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
11006 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
11007 way to do conversions between ASCII characters and integers.
11009 @ignore
11010 @starindex
11011 @end ignore
11012 @tindex string
11013 There is a @code{string} function which provides a different display
11014 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
11015 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
11016 corresponding string of characters with no surrounding quotation
11017 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
11018 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
11019 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
11020 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
11021 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
11023 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
11024 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
11025 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
11026 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
11028 @ignore
11029 @starindex
11030 @end ignore
11031 @tindex bstring
11032 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
11033 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
11034 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
11035 character in the string.
11037 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
11038 @section HMS Forms
11040 @noindent
11041 @cindex Hours-minutes-seconds forms
11042 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
11043 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
11044 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
11045 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
11046 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
11047 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
11048 degrees, minutes, and seconds.
11050 @kindex @@
11051 @ignore
11052 @mindex @null
11053 @end ignore
11054 @kindex ' (HMS forms)
11055 @ignore
11056 @mindex @null
11057 @end ignore
11058 @kindex " (HMS forms)
11059 @ignore
11060 @mindex @null
11061 @end ignore
11062 @kindex h (HMS forms)
11063 @ignore
11064 @mindex @null
11065 @end ignore
11066 @kindex o (HMS forms)
11067 @ignore
11068 @mindex @null
11069 @end ignore
11070 @kindex m (HMS forms)
11071 @ignore
11072 @mindex @null
11073 @end ignore
11074 @kindex s (HMS forms)
11075 The default format for HMS values is
11076 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
11077 @samp{h} (for ``hours'') or
11078 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
11079 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
11080 accepted in place of @samp{"}.
11081 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
11082 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
11083 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
11084 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
11085 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
11086 as @i{- @var{hours}} @i{-} @var{mins}/60 @i{-} @var{secs}/3600.
11087 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.@refill
11089 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
11090 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
11091 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
11092 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
11094 @pindex calc-time
11095 @cindex Time of day
11096 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
11097 the stack as an HMS form.
11099 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
11100 @section Date Forms
11102 @noindent
11103 @cindex Date forms
11104 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
11105 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
11106 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
11107 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
11108 computes the number of days between them (represented as a simple
11109 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
11110 are nonsensical and are not allowed by Calc.
11112 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
11113 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
11114 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
11115 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
11116 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
11118 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
11119 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
11120 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
11121 if the internal number is a fraction or float, the form represents
11122 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
11123 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
11124 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
11125 time can be stored without roundoff error.
11127 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
11128 additional digits in the seconds position.  For example, if the
11129 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
11130 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
11131 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
11132 if astronomically high years are used, though this will not be an
11133 issue in everyday (or even everymillenium) use.  Note that date
11134 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
11135 never an issue for them.
11137 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
11138 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
11139 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
11141 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
11142 year numbers represent years BC.  Calc uses a combination of the
11143 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
11144 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
11145 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11147 @cindex Julian calendar
11148 @cindex Gregorian calendar
11149 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11150 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11151 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11152 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11153 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11154 calendar was adopted around the year we call 8 AD.  Some centuries
11155 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11156 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11157 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11158 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11159 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11160 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11161 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11162 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11163 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11164 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11165 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11166 To take another example, Russia waited until 1918 before
11167 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11168 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11169 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11170 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11172 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11173 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11174 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11175 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11176 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11178 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11179 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11180 yet been invented.  Thus the claim that day number @i{-10000} is
11181 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11183 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11184 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11185 days 0 and @i{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11187 @cindex Julian day counting
11188 Another day counting system in common use is, confusingly, also
11189 called ``Julian.''  It was invented in 1583 by Joseph Justus
11190 Scaliger, who named it in honor of his father Julius Caesar
11191 Scaliger.  For obscure reasons he chose to start his day
11192 numbering on Jan 1, 4713 BC at noon, which in Calc's scheme
11193 is @i{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11194 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by
11195 unpacking a date form into a Julian day number, simply add
11196 1721423.5.  The Julian code for @samp{6:00am Jan 9, 1991}
11197 is 2448265.75.  The built-in @kbd{t J} command performs
11198 this conversion for you.
11200 @cindex Unix time format
11201 The Unix operating system measures time as an integer number of
11202 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11203 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11204 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11205 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11206 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11207 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11208 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11209 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11210 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11211 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11212 for California time.  The same is usually true of Julian day
11213 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11214 conversions.
11216 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11217 @section Modulo Forms
11219 @noindent
11220 @cindex Modulo forms
11221 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11222 an integer multiple of) some value @var{M}.  Arithmetic modulo @var{M}
11223 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11224 `@var{a} @t{mod} @var{M}',
11225 where @var{a} and @var{M} are real numbers or HMS forms, and
11226 @c{$0 \le a < M$}
11227 @cite{0 <= a < @var{M}}.
11228 In many applications @cite{a} and @cite{M} will be
11229 integers but this is not required.@refill
11231 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11232 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11233 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11234 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11235 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11236 the result always lies in the desired range.
11238 When two modulo forms with identical @cite{M}'s are added or multiplied,
11239 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11240 @cite{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11241 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11242 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11243 to the power, then reduced modulo @cite{M}.  (When all values involved
11244 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11245 actually computing the power and then reducing.)
11247 @cindex Modulo division
11248 Two modulo forms `@var{a} @t{mod} @var{M}' and `@var{b} @t{mod} @var{M}'
11249 can be divided if @cite{a}, @cite{b}, and @cite{M} are all
11250 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11251 `@var{b} @t{mod} @var{M}', produces `@var{a} @t{mod} @var{M}'.  If
11252 there is no solution to this equation (which can happen only when
11253 @cite{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11254 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11255 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11256 @w{`@t{(}@var{a} @t{mod} @var{M}@t{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11257 in the sense of reducing @c{$\sqrt a$}
11258 @cite{sqrt(a)} modulo @cite{M}, this is not a
11259 useful definition from the number-theoretical point of view.)@refill
11261 @ignore
11262 @mindex M
11263 @end ignore
11264 @kindex M (modulo forms)
11265 @ignore
11266 @mindex mod
11267 @end ignore
11268 @tindex mod (operator)
11269 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11270 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11271 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @cite{M}
11272 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11273 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11274 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.@refill
11276 You can also use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11277 @xref{Building Vectors}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11279 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11280 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11281 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @cite{M}
11282 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11283 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11284 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11285 24 radians!
11287 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11288 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11289 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11291 @ignore
11292 @starindex
11293 @end ignore
11294 @tindex makemod
11295 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11296 @w{@samp{a mod m}}.
11298 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11299 @section Error Forms
11301 @noindent
11302 @cindex Error forms
11303 @cindex Standard deviations
11304 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11305 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11306 `@var{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11307 @asis{sigma}' stands for an uncertain value which follows a normal or
11308 Gaussian distribution of mean @cite{x} and standard deviation or
11309 ``error'' @c{$\sigma$}
11310 @cite{sigma}.  Both the mean and the error can be either numbers or
11311 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11312 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11313 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11314 regular number by the Calculator.@refill
11316 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11317 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11318 numbers.  The error part for any function @cite{f(x)} (such as @c{$\sin x$}
11319 @cite{sin(x)})
11320 is defined by the error of @cite{x} times the derivative of @cite{f}
11321 evaluated at the mean value of @cite{x}.  For a two-argument function
11322 @cite{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11323 of the squares of the errors due to @cite{x} and @cite{y}.
11324 @tex
11325 $$ \eqalign{
11326   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11327     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11328   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11329     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11330         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11331                              \right| \right)^2
11332              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11333                              \right| \right)^2 } \cr
11334 } $$
11335 @end tex
11336 Note that this
11337 definition assumes the errors in @cite{x} and @cite{y} are uncorrelated.
11338 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11339 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11340 of two independent values which happen to have the same probability
11341 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11342 The former will produce an answer with less error, since on the average
11343 the two independent errors can be expected to cancel out.@refill
11345 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11346 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11347 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11348 are small.  As an example, the error arising from
11349 `@t{sin(}@var{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11350 @var{sigma}@t{)}' is
11351 `@c{$\sigma$\nobreak}
11352 @var{sigma} @t{abs(cos(}@var{x}@t{))}'.  When @cite{x} is close to zero,
11353 @c{$\cos x$}
11354 @cite{cos(x)} is
11355 close to one so the error in the sine is close to @c{$\sigma$}
11356 @cite{sigma}; this makes sense, since @c{$\sin x$}
11357 @cite{sin(x)} is approximately @cite{x} near zero, so a given
11358 error in @cite{x} will produce about the same error in the sine.  Likewise,
11359 near 90 degrees @c{$\cos x$}
11360 @cite{cos(x)} is nearly zero and so the computed error is
11361 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @cite{x}
11362 has relatively little effect on the value of @c{$\sin x$}
11363 @cite{sin(x)}.  However, consider
11364 @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so Calc will report
11365 zero error!  We get an obviously wrong result because we have violated
11366 the small-error approximation underlying the error analysis.  If the error
11367 in @cite{x} had been small, the error in @c{$\sin x$}
11368 @cite{sin(x)} would indeed have been negligible.@refill
11370 @ignore
11371 @mindex p
11372 @end ignore
11373 @kindex p (error forms)
11374 @tindex +/-
11375 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11376 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11377 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11378 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-p} to
11379 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11381 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11382 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11383 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11384 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11385 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11386 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11387 considers an error form with real components to represent a real number,
11388 not a complex distribution around a real mean.
11390 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11391 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11393 @ignore
11394 @starindex
11395 @end ignore
11396 @tindex sdev
11397 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11399 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11400 @section Interval Forms
11402 @noindent
11403 @cindex Interval forms
11404 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11405 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11406 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11407 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11408 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11409 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11410 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11411 of the possible range of values a computation will produce, given the
11412 set of possible values of the input.
11414 @ifinfo
11415 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11416 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11417 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11418 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11419 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11420 terms,
11421 @samp{[2 ..@: 4]} means @cite{2 <= x <= 4}, whereas
11422 @samp{[2 ..@: 4)} represents @cite{2 <= x < 4},
11423 @samp{(2 ..@: 4]} represents @cite{2 < x <= 4}, and
11424 @samp{(2 ..@: 4)} represents @cite{2 < x < 4}.@refill
11425 @end ifinfo
11426 @tex
11427 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11428 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11429 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11430 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11431 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11432 terms,
11433 $$ \eqalign{
11434    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11435    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11436    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11437    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11438 } $$
11439 @end tex
11441 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11442 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11443 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11444 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11445 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11446 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11447 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11448 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11449 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11450 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11451 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11452 the real infinities.
11454 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11455 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11456 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11457 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11458 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11459 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11460 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11462 ``Infinite mode'' also affects operations on intervals
11463 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11464 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11465 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in infinite mode;
11466 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11467 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11468 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11469 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11470 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11472 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11473 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11474 form `@var{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11475 @var{sigma}' means a variable is random, and its value could
11476 be anything but is ``probably'' within one @c{$\sigma$}
11477 @var{sigma} of the mean value @cite{x}.
11478 An interval `@t{[}@var{a} @t{..@:} @var{b}@t{]}' means a variable's value
11479 is unknown, but guaranteed to lie in the specified range.  Error forms
11480 are statistical or ``average case'' approximations; interval arithmetic
11481 tends to produce ``worst case'' bounds on an answer.@refill
11483 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11484 HMS forms or date forms.
11486 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11487 as subsets of the set of real numbers.
11489 @ignore
11490 @starindex
11491 @end ignore
11492 @tindex intv
11493 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11494 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11495 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11496 3 for @samp{[..]}.
11498 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11499 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11500 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11501 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11502 which means that roundoff errors could creep into an interval
11503 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11504 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11505 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11506 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11507 error.
11509 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11510 @section Incomplete Objects
11512 @noindent
11513 @ignore
11514 @mindex [ ]
11515 @end ignore
11516 @kindex [
11517 @ignore
11518 @mindex ( )
11519 @end ignore
11520 @kindex (
11521 @kindex ,
11522 @ignore
11523 @mindex @null
11524 @end ignore
11525 @kindex ]
11526 @ignore
11527 @mindex @null
11528 @end ignore
11529 @kindex )
11530 @cindex Incomplete vectors
11531 @cindex Incomplete complex numbers
11532 @cindex Incomplete interval forms
11533 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11534 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11535 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11536 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11537 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11538 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11540 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11541 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11542 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11544 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11545 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11546 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11547 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.@refill
11549 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11550 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11551 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11552 from the list.
11554 @kindex ;
11555 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11556 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11557 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11558 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11560 @kindex ..
11561 @pindex calc-dots
11562 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11563 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11564 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11565 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11566 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11567 the @code{calc-dots} command.
11569 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11570 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11572 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11573 @section Variables
11575 @noindent
11576 @cindex Variables, in formulas
11577 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11578 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11579 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11580 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11581 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11582 The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11583 @code{var-foo}.  Commands like @kbd{s s} (@code{calc-store}) that operate
11584 on variables can be made to use any arbitrary Lisp variable simply by
11585 backspacing over the @samp{var-} prefix in the minibuffer.@refill
11587 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11588 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11589 convenience variables @code{var-q0} through @code{var-q9}.  For example,
11590 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{var-q2}, and
11591 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11592 @code{var-foo}.@refill
11594 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11595 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11596 (@key{'}) key.  Variable names in algebraic formulas implicitly have
11597 @samp{var-} prefixed to their names.  The @samp{#} character in variable
11598 names used in algebraic formulas corresponds to a dash @samp{-} in the
11599 Lisp variable name.  If the name contains any dashes, the prefix @samp{var-}
11600 is @emph{not} automatically added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1}
11601 and @samp{var#foo + 1} both refer to the same variable.
11603 @kindex =
11604 @pindex calc-evaluate
11605 @cindex Evaluation of variables in a formula
11606 @cindex Variables, evaluation
11607 @cindex Formulas, evaluation
11608 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11609 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11610 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11611 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11612 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11613 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11614 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11615 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11616 the @var{n}th stack entry.
11618 @cindex @code{e} variable
11619 @cindex @code{pi} variable
11620 @cindex @code{i} variable
11621 @cindex @code{phi} variable
11622 @cindex @code{gamma} variable
11623 @vindex e
11624 @vindex pi
11625 @vindex i
11626 @vindex phi
11627 @vindex gamma
11628 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11629 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11630 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11631 their values are calculated if necessary according to the current precision
11632 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11633 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.@refill
11635 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11636 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11637 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11638 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11639 a value into any of these special variables.
11641 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11643 @node Formulas, , Variables, Data Types
11644 @section Formulas
11646 @noindent
11647 @cindex Formulas
11648 @cindex Expressions
11649 @cindex Operators in formulas
11650 @cindex Precedence of operators
11651 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11652 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11653 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11654 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11655 Parentheses may
11656 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11657 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11658 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11659 with their equivalent function names, are:
11661 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11663 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11665 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x})
11666 and prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11668 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11669 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11671 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11672 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11674 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11676 @samp{*} [@code{mul}];
11678 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11679 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11681 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11683 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11685 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11686 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11688 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11690 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11692 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11694 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11696 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11698 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11700 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11702 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11704 @samp{=>} [@code{evalto}].
11706 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11707 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to @c{$a b \over c d$}
11708 @cite{(a*b)/(c*d)}.
11710 @cindex Multiplication, implicit
11711 @cindex Implicit multiplication
11712 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11713 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11714 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11715 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11716 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11717 as in @samp{f(x)},
11718 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11719 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11720 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11721 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11722 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.@refill
11724 @cindex Implicit comma in vectors
11725 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11726 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11727 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11728 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11729 to @samp{2*a*b + c*d}.
11730 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11731 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11732 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
11733 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
11734 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.@refill
11736 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
11737 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
11738 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
11739 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
11740 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
11741 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
11742 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
11743 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
11744 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
11745 @w{@samp{[(a b)]}}.
11747 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
11748 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
11749 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
11750 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
11752 @cindex Function call notation
11753 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  Function names follow the same
11754 rules as variable names except that the default prefix @samp{calcFunc-} is
11755 used (instead of @samp{var-}) for the internal Lisp form.
11756 Most mathematical Calculator commands like
11757 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
11758 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
11759 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
11760 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
11761 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
11762 single letters or single letters followed by digits are always safe to
11763 use for your own function names.  @xref{Function Index}.@refill
11765 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
11766 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
11767 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
11768 represent the same operation.@refill
11770 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
11771 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
11772 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{M-# g}
11773 and @w{@kbd{M-# r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
11774 ``paste'' mouse operation, and Embedded Mode.  All of these operations
11775 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
11776 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
11778 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
11779 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
11780 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
11781 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
11783 @example
11784 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
11785   c + d,
11786   %% last line is coming up:
11787   e + f ]
11788 @end example
11790 @noindent
11791 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
11793 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
11794 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
11795 formats.
11797 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
11799 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
11800 @chapter Stack and Trail Commands
11802 @noindent
11803 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
11804 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
11805 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
11807 @menu
11808 * Stack Manipulation::
11809 * Editing Stack Entries::
11810 * Trail Commands::
11811 * Keep Arguments::
11812 @end menu
11814 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
11815 @section Stack Manipulation Commands
11817 @noindent
11818 @kindex @key{RET}
11819 @kindex @key{SPC}
11820 @pindex calc-enter
11821 @cindex Duplicating stack entries
11822 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
11823 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
11824 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
11825 several elements at the top of the stack.
11826 Given a negative argument,
11827 these commands duplicate the specified element of the stack.
11828 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
11829 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11830 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
11831 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
11832 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
11833 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.@refill
11835 @kindex @key{LFD}
11836 @pindex calc-over
11837 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
11838 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
11839 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
11840 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
11841 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
11842 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
11843 @samp{10 20 30 20}.@refill
11845 @kindex @key{DEL}
11846 @kindex C-d
11847 @pindex calc-pop
11848 @cindex Removing stack entries
11849 @cindex Deleting stack entries
11850 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
11851 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
11852 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
11853 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
11854 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
11855 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
11856 stack is emptied.
11857 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11858 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
11859 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
11860 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
11861 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.@refill
11863 @kindex M-@key{DEL}
11864 @pindex calc-pop-above
11865 The @kbd{M-@key{DEL}} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
11866 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
11867 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
11868 Thus @kbd{M-@key{DEL}} by itself removes the second-from-top stack element,
11869 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-@key{DEL}} deletes
11870 the third stack element.
11872 @kindex @key{TAB}
11873 @pindex calc-roll-down
11874 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
11875 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
11876 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
11877 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
11878 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
11879 top-for-bottom.
11880 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11881 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
11882 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
11883 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
11884 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.@refill
11886 @kindex M-@key{TAB}
11887 @pindex calc-roll-up
11888 The command @kbd{M-@key{TAB}} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
11889 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
11890 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
11891 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11892 @kbd{M-@key{TAB}} creates @samp{10 20 40 50 30},
11893 @kbd{C-u 4 M-@key{TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
11894 @kbd{C-u - 2 M-@key{TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
11895 @kbd{C-u 0 M-@key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.@refill
11897 A good way to view the operation of @key{TAB} and @kbd{M-@key{TAB}} is in
11898 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
11899 With a positive argument @var{n}, @key{TAB} moves the top stack
11900 element down to level @var{n}, making room for it by pulling all the
11901 intervening stack elements toward the top.  @kbd{M-@key{TAB}} moves the
11902 element at level @var{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
11903 which copies instead of moving the element in level @var{n}.)
11905 With a negative argument @i{-@var{n}}, @key{TAB} rotates the stack
11906 to move the object in level @var{n} to the deepest place in the
11907 stack, and the object in level @i{@var{n}+1} to the top.  @kbd{M-@key{TAB}}
11908 rotates the deepest stack element to be in level @i{n}, also
11909 putting the top stack element in level @i{@var{n}+1}.
11911 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
11912 any portion of a vector or formula on the stack.
11914 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
11915 @section Editing Stack Entries
11917 @noindent
11918 @kindex `
11919 @pindex calc-edit
11920 @pindex calc-edit-finish
11921 @cindex Editing the stack with Emacs
11922 The backquote, @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary
11923 buffer (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using
11924 regular Emacs commands.  With a numeric prefix argument, it edits the
11925 specified number of stack entries at once.  (An argument of zero edits
11926 the entire stack; a negative argument edits one specific stack entry.)
11928 When you are done editing, press @kbd{M-# M-#} to finish and return
11929 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
11930 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
11931 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
11932 might want to insert new lines into the editing buffer.  The traditional
11933 Emacs ``finish'' key sequence, @kbd{C-c C-c}, also works to finish
11934 editing and may be easier to type, depending on your keyboard.
11936 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
11937 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
11938 original stack elements in the original buffer with these new values,
11939 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
11940 continues to exist during editing, but for best results you should be
11941 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
11942 also cancel the edit by pressing @kbd{M-# x}.
11944 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
11945 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
11946 @kbd{M-# M-#} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
11947 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
11949 If you give a prefix argument to @kbd{M-# M-#} (or @kbd{C-c C-c}),
11950 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
11951 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
11952 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
11953 @kbd{M-# M-#} operation will be programmed to replace the top of the
11954 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
11955 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
11956 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
11957 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
11959 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
11960 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
11961 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
11962 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
11963 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
11965 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
11966 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
11967 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
11969 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
11970 @section Trail Commands
11972 @noindent
11973 @cindex Trail buffer
11974 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
11975 beginning with the @kbd{t} prefix.
11977 @kindex t d
11978 @pindex calc-trail-display
11979 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
11980 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
11981 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
11982 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
11983 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
11984 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
11985 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
11986 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
11987 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
11989 @kindex t i
11990 @pindex calc-trail-in
11991 @kindex t o
11992 @pindex calc-trail-out
11993 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
11994 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
11995 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
11996 shown below are a more convenient way to move around in the
11997 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
11998 in the Calculator window.@refill
12000 @cindex Trail pointer
12001 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
12002 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
12003 before the selected number.  The following commands operate on the
12004 trail pointer in various ways.
12006 @kindex t y
12007 @pindex calc-trail-yank
12008 @cindex Retrieving previous results
12009 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
12010 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
12011 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
12012 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
12013 trail pointer.
12015 @kindex t <
12016 @pindex calc-trail-scroll-left
12017 @kindex t >
12018 @pindex calc-trail-scroll-right
12019 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
12020 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
12021 window left or right by one half of its width.@refill
12023 @kindex t n
12024 @pindex calc-trail-next
12025 @kindex t p
12026 @pindex calc-trail-previous
12027 @kindex t f
12028 @pindex calc-trail-forward
12029 @kindex t b
12030 @pindex calc-trail-backward
12031 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
12032 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
12033 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
12034 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
12035 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
12036 arguments to move several lines or screenfuls at a time.@refill
12038 @kindex t [
12039 @pindex calc-trail-first
12040 @kindex t ]
12041 @pindex calc-trail-last
12042 @kindex t h
12043 @pindex calc-trail-here
12044 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
12045 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
12046 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
12047 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
12048 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.@refill
12050 @kindex t s
12051 @pindex calc-trail-isearch-forward
12052 @kindex t r
12053 @pindex calc-trail-isearch-backward
12054 @ifinfo
12055 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12056 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
12057 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12058 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12059 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12060 it was when the search began.@refill
12061 @end ifinfo
12062 @tex
12063 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12064 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
12065 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12066 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12067 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12068 it was when the search began.
12069 @end tex
12071 @kindex t m
12072 @pindex calc-trail-marker
12073 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
12074 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
12075 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
12076 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
12077 targets for later incremental searches in the trail.
12079 @kindex t k
12080 @pindex calc-trail-kill
12081 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
12082 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
12083 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
12084 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
12085 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
12087 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
12088 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12090 @node Keep Arguments, , Trail Commands, Stack and Trail
12091 @section Keep Arguments
12093 @noindent
12094 @kindex K
12095 @pindex calc-keep-args
12096 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
12097 the following command.  It prevents that command from removing its
12098 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
12099 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
12100 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
12102 This works for all commands that take arguments off the stack.  As
12103 another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
12104 simplified version of the formula onto the stack after the original
12105 formula (rather than replacing the original formula).
12107 Note that you could get the same effect by typing @kbd{@key{RET} a s},
12108 copying the formula and then simplifying the copy.  One difference
12109 is that for a very large formula the time taken to format the
12110 intermediate copy in @kbd{@key{RET} a s} could be noticeable; @kbd{K a s}
12111 would avoid this extra work.
12113 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
12114 popping two values and pushing them back in the opposite order,
12115 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
12117 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
12118 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
12119 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
12120 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
12121 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
12122 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12124 Keyboard macros may interact surprisingly with the @kbd{K} prefix.
12125 If you have defined a keyboard macro to be, say, @samp{Q +} to add
12126 one number to the square root of another, then typing @kbd{K X} will
12127 execute @kbd{K Q +}, probably not what you expected.  The @kbd{K}
12128 prefix will apply to just the first command in the macro rather than
12129 the whole macro.
12131 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12132 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12133 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12134 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12135 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12136 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12138 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12139 @chapter Mode Settings
12141 @noindent
12142 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12143 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12144 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12146 @menu
12147 * General Mode Commands::
12148 * Precision::
12149 * Inverse and Hyperbolic::
12150 * Calculation Modes::
12151 * Simplification Modes::
12152 * Declarations::
12153 * Display Modes::
12154 * Language Modes::
12155 * Modes Variable::
12156 * Calc Mode Line::
12157 @end menu
12159 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12160 @section General Mode Commands
12162 @noindent
12163 @kindex m m
12164 @pindex calc-save-modes
12165 @cindex Continuous memory
12166 @cindex Saving mode settings
12167 @cindex Permanent mode settings
12168 @cindex @file{.emacs} file, mode settings
12169 You can save all of the current mode settings in your @file{.emacs} file
12170 with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  This will cause
12171 Emacs to reestablish these modes each time it starts up.  The modes saved
12172 in the file include everything controlled by the @kbd{m} and @kbd{d}
12173 prefix keys, the current precision and binary word size, whether or not
12174 the trail is displayed, the current height of the Calc window, and more.
12175 The current interface (used when you type @kbd{M-# M-#}) is also saved.
12176 If there were already saved mode settings in the file, they are replaced.
12177 Otherwise, the new mode information is appended to the end of the file.
12179 @kindex m R
12180 @pindex calc-mode-record-mode
12181 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12182 record the new mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12183 time a mode setting changes.  If Embedded Mode is enabled, other
12184 options are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.
12186 @kindex m F
12187 @pindex calc-settings-file-name
12188 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12189 choose a different place than your @file{.emacs} file for @kbd{m m},
12190 @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12191 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12192 their default values, then settings from the file you named are loaded
12193 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12194 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12195 file name is @file{~/.emacs}.  You can see the current file name by
12196 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12197 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Installation}.
12199 If the file name you give contains the string @samp{.emacs} anywhere
12200 inside it, @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12201 is because you are presumably switching to your @file{~/.emacs} file,
12202 which may contain other things you don't want to reread.  You can give
12203 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12204 file no matter what its name.  Conversely, an argument of @i{-1} tells
12205 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @i{-2}
12206 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12207 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12208 modes present in the file you were using before.
12210 @kindex m x
12211 @pindex calc-always-load-extensions
12212 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12213 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12214 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12215 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12216 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12217 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12218 once, rather than always in the future, you can press @kbd{M-# L}.
12220 @kindex m S
12221 @pindex calc-shift-prefix
12222 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12223 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12224 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12225 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12226 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12227 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12228 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12229 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12230 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12231 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12232 shifted-prefix mode.
12234 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12235 @section Precision
12237 @noindent
12238 @kindex p
12239 @pindex calc-precision
12240 @cindex Precision of calculations
12241 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12242 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12243 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12244 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12245 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12247 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12248 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12250 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12251 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12252 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12253 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12254 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12255 round values already on the stack, but those values will be rounded
12256 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12257 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12258 existing value to a new precision.@refill
12260 @cindex Accuracy of calculations
12261 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12262 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12263 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12264 The precision is the total number of digits not counting leading
12265 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12266 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12267 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12268 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12269 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12270 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12271 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12272 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12274 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12275 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12276 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12277 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12278 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12279 of the numbers involved.
12281 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12282 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12283 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12284 divided by 6 would be entered @kbd{899 @key{RET} 6 /}, yielding 149.833
12285 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12286 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12288 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12289 issues.
12291 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12292 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12294 @noindent
12295 @kindex I
12296 @pindex calc-inverse
12297 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12298 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12299 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12300 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12301 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.@refill
12303 @kindex H
12304 @pindex calc-hyperbolic
12305 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12306 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12307 If both of these flags are set at once, the effect will be
12308 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12309 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12310 instead of base-@i{e}, logarithm.)@refill
12312 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12313 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12314 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12315 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12317 The Inverse and Hyperbolic flags apply only to the next Calculator
12318 command, after which they are automatically cleared.  (They are also
12319 cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits you
12320 type after @kbd{I} or @kbd{H} (or @kbd{K}) are treated as prefix
12321 arguments for the next command, not as numeric entries.  The same
12322 is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means to
12323 subtract and keep arguments).
12325 The third Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12326 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12328 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12329 @section Calculation Modes
12331 @noindent
12332 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12333 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12334 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12335 (@pxref{Algebraic Entry}).
12337 @menu
12338 * Angular Modes::
12339 * Polar Mode::
12340 * Fraction Mode::
12341 * Infinite Mode::
12342 * Symbolic Mode::
12343 * Matrix Mode::
12344 * Automatic Recomputation::
12345 * Working Message::
12346 @end menu
12348 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12349 @subsection Angular Modes
12351 @noindent
12352 @cindex Angular mode
12353 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12354 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12355 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12356 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12357 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12358 degrees-minutes-seconds.
12360 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12361 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12362 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12363 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12364 normally be done in radians mode, though.  Complex numbers are converted
12365 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12366 multiplying by 180 over @c{$\pi$}
12367 @cite{pi}.)
12369 @kindex m r
12370 @pindex calc-radians-mode
12371 @kindex m d
12372 @pindex calc-degrees-mode
12373 @kindex m h
12374 @pindex calc-hms-mode
12375 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12376 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12377 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12378 The default angular mode is degrees.@refill
12380 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12381 @subsection Polar Mode
12383 @noindent
12384 @cindex Polar mode
12385 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12386 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12387 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12388 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12389 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12391 @kindex m p
12392 @pindex calc-polar-mode
12393 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12394 preference between rectangular and polar forms.  In polar mode, all
12395 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12397 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12398 @subsection Fraction Mode
12400 @noindent
12401 @cindex Fraction mode
12402 @cindex Division of integers
12403 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12404 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12405 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12406 to multiply fractions instead:  @kbd{6 @key{RET} 1:4 *} produces @cite{3:2}
12407 even though @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @cite{1.5}.
12409 @kindex m f
12410 @pindex calc-frac-mode
12411 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12412 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12413 For example, @cite{8/4} produces @cite{2} in either mode,
12414 but @cite{6/4} produces @cite{3:2} in Fraction Mode, @cite{1.5} in
12415 Float Mode.@refill
12417 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12418 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12419 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12421 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12422 @subsection Infinite Mode
12424 @noindent
12425 @cindex Infinite mode
12426 The Calculator normally treats results like @cite{1 / 0} as errors;
12427 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12428 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12429 results.
12431 @kindex m i
12432 @pindex calc-infinite-mode
12433 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12434 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12435 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12436 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12437 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12438 will not be generated when infinite mode is off.)
12440 With infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12441 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12442 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @cite{0 / 0}
12443 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12444 functions can also return infinities in this mode; for example,
12445 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12446 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of infinite mode because
12447 this calculation has infinity as an input.
12449 @cindex Positive infinite mode
12450 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12451 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a ``positive infinite mode'' in
12452 which zero is treated as positive instead of being directionless.  
12453 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12454 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12455 separate representations for @i{+0} and @i{-0}.  Positive
12456 infinite mode merely changes the interpretation given to the
12457 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12458 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12459 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12461 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12462 @subsection Symbolic Mode
12464 @noindent
12465 @cindex Symbolic mode
12466 @cindex Inexact results
12467 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12468 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12469 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12470 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12471 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12473 @kindex m s
12474 @pindex calc-symbolic-mode
12475 In @dfn{symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12476 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12477 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12478 @samp{sqrt(2)}.
12480 @kindex N
12481 @pindex calc-eval-num
12482 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12483 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12484 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12485 Given a numeric prefix argument, it also
12486 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12487 of the command.@refill
12489 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12490 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12491 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12492 variables.)
12494 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12495 @subsection Matrix and Scalar Modes
12497 @noindent
12498 @cindex Matrix mode
12499 @cindex Scalar mode
12500 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12501 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12502 Calc has two modes, @dfn{matrix mode} and @dfn{scalar mode}, which
12503 modify its behavior around vectors in useful ways.
12505 @kindex m v
12506 @pindex calc-matrix-mode
12507 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter matrix mode.
12508 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12509 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12510 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12511 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12512 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12513 mode is that calculations that would normally produce constants like
12514 0 and 1 (e.g., @cite{a - a} and @cite{a / a}, respectively) will now
12515 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12516 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12517 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12518 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12519 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12520 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12521 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12522 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12523 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12524 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12526 Press @kbd{m v} a second time to get scalar mode.  Here, objects are
12527 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12528 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12529 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12530 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12531 another 3-vector.  In scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12532 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12534 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12536 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12537 get a special ``dimensioned matrix mode'' in which matrices of
12538 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12539 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12540 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.
12542 @cindex Declaring scalar variables
12543 Of course these modes are approximations to the true state of
12544 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12545 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12546 certain variables or functions to be scalar-valued.
12547 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12549 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12550 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12551 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12552 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12553 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12554 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12555 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12557 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12558 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use matrix mode when operating on
12559 your formula normally; then, to apply scalar mode to a certain part
12560 of the formula without affecting the rest just select that part,
12561 change into scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12562 under this mode, then change back to matrix mode before deselecting.
12564 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12565 @subsection Automatic Recomputation
12567 @noindent
12568 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12569 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12570 whenever variable values or mode settings that might affect them
12571 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12573 @kindex m C
12574 @pindex calc-auto-recompute
12575 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12576 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12577 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12578 attached Embedded Mode buffer, if there is one).  They will not
12579 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12580 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12581 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12582 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12584 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12585 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{M-# u}}.
12586 @xref{Embedded Mode}.
12588 @node Working Message, , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12589 @subsection Working Messages
12591 @noindent
12592 @cindex Performance
12593 @cindex Working messages
12594 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12595 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12596 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12597 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12598 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12599 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12600 be disabled if you find them distracting.
12602 @kindex m w
12603 @pindex calc-working
12604 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12605 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12606 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12607 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12608 the current mode.@refill
12610 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12611 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12612 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12613 to turn the messages off.
12615 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12616 @section Simplification Modes
12618 @noindent
12619 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12620 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12621 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12622 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12623 form.  Others, such as simplifying a formula like @cite{a+a} (or @cite{2+3}),
12624 are done by default but can be turned off when necessary.
12626 When you press a key like @kbd{+} when @cite{2} and @cite{3} are on the
12627 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12628 @cite{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12629 rules for normalizing @cite{2+3} will produce the result @cite{5}.
12631 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12632 followed by a shifted letter.
12634 @kindex m O
12635 @pindex calc-no-simplify-mode
12636 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12637 simplifications.  These would leave a formula like @cite{2+3} alone.  In
12638 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12639 in this mode.
12641 @kindex m N
12642 @pindex calc-num-simplify-mode
12643 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12644 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12645 example, @cite{1+2} is simplified to @cite{3}, and @cite{a+(2-2)} is
12646 simplified to @cite{a+0} but no further, since one argument of the sum
12647 is not a constant.  Unfortunately, @cite{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12648 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12649 constant numbers (one of them is the formula @cite{a+2}).
12650 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12651 error form or modulo form), or a vector all of whose
12652 elements are constant.@refill
12654 @kindex m D
12655 @pindex calc-default-simplify-mode
12656 The @kbd{m D} (@code{calc-default-simplify-mode}) command restores the
12657 default simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12658 fast algebraic simplifications such as @cite{a+0} to @cite{a}, and
12659 @cite{a + 2 a} to @cite{3 a}, as well as evaluating functions like
12660 @cite{@t{deriv}(x^2, x)} to @cite{2 x}.
12662 @kindex m B
12663 @pindex calc-bin-simplify-mode
12664 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the default
12665 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12666 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12667 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12668 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12669 results (after the default simplifications) are left alone.
12671 @kindex m A
12672 @pindex calc-alg-simplify-mode
12673 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does algebraic
12674 simplification; it applies all the default simplifications, and also
12675 the more powerful (and slower) simplifications made by @kbd{a s}
12676 (@code{calc-simplify}).  @xref{Algebraic Simplifications}.
12678 @kindex m E
12679 @pindex calc-ext-simplify-mode
12680 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended''
12681 algebraic simplification, as by the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended})
12682 command.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12684 @kindex m U
12685 @pindex calc-units-simplify-mode
12686 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12687 simplification; it applies the command @kbd{u s}
12688 (@code{calc-simplify-units}), which in turn
12689 is a superset of @kbd{a s}.  In this mode, variable names which
12690 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12691 are simplified with their unit definitions in mind.@refill
12693 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12694 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12695 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12696 perform higher types of simplifications on demand.  @xref{Algebraic
12697 Definitions}, for another sample use of no-simplification mode.@refill
12699 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12700 @section Declarations
12702 @noindent
12703 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12704 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12705 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12706 take the fully general situation into account.
12708 @menu
12709 * Declaration Basics::
12710 * Kinds of Declarations::
12711 * Functions for Declarations::
12712 @end menu
12714 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12715 @subsection Declaration Basics
12717 @noindent
12718 @kindex s d
12719 @pindex calc-declare-variable
12720 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12721 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12722 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12723 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12724 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12725 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12726 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12728 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12729 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12730 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
12731 For example, @kbd{s d foo @key{RET} real @key{RET}} declares @code{foo} to
12732 be a real number, and @kbd{s d bar @key{RET} [int, const, [1..6]] @key{RET}}
12733 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
12734 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
12735 provide them for you: @kbd{s d bar @key{RET} int, const, [1..6] @key{RET}}.)
12737 @cindex @code{Decls} variable
12738 @vindex Decls
12739 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
12740 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
12741 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
12742 vector of variables declared by that row, and the declaration
12743 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
12744 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
12745 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
12746 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
12747 permanently if you wish.
12749 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
12750 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
12751 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
12752 command declares only variables, so if you wish to make a function
12753 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
12755 For example, the declaration matrix
12757 @smallexample
12758 @group
12759 [ [ foo,       real       ]
12760   [ [j, k, n], int        ]
12761   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
12762 @end group
12763 @end smallexample
12765 @noindent
12766 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
12767 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
12768 returns a real number in the interval shown.
12770 @vindex All
12771 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
12772 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
12773 It does not apply to function names.  For example, using the row
12774 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
12775 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
12776 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
12777 response to the variable-name prompt.
12779 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
12780 @subsection Kinds of Declarations
12782 @noindent
12783 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
12784 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
12785 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
12786 more intervals or numbers that represent the set of possible values
12787 for the variable.
12789 @smallexample
12790 @group
12791 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
12792   [ b, [1 .. 5]        ]
12793   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
12794 @end group
12795 @end smallexample
12797 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
12798 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
12799 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
12800 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
12801 nearly equivalent (see below).
12803 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
12804 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
12805 as not declaring the variable at all except that it overrides any
12806 @code{All} declaration which would otherwise apply.
12808 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
12809 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
12810 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
12811 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
12812 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
12813 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
12815 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
12816 stored in a variable:
12818 @table @code
12819 @item int
12820 Integers.
12821 @item numint
12822 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
12823 @item frac
12824 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
12825 @item rat
12826 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
12827 @item float
12828 Floating-point numbers.
12829 @item real
12830 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
12831 intervals and error forms with real components also count as
12832 reals here.)
12833 @item pos
12834 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
12835 @item nonneg
12836 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
12837 @item number
12838 Numbers.  (Real or complex.)
12839 @end table
12841 Calc uses this information to determine when certain simplifications
12842 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
12843 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
12844 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @i{-3}.
12845 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
12846 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
12847 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
12848 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
12849 of the formula.
12851 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
12852 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
12853 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
12854 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
12855 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
12856 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
12858 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
12859 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
12860 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
12861 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
12862 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
12864 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
12865 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
12866 Calc leaves this formula alone.  After the command
12867 @kbd{s d x @key{RET} real @key{RET}}, however, it can simplify the formula to
12868 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x @key{RET} nonneg @key{RET}}, Calc can
12869 simplify this formula all the way to @samp{x}.
12871 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
12872 they comprise the set of possible values that the variable or
12873 function being declared can have.  In particular, the type symbol
12874 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
12875 (note that infinity is included in the range of possible values);
12876 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
12877 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
12878 redundant because the fact that the variable is real can be
12879 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
12880 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
12882 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
12883 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
12885 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
12886 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
12887 In other words, the range of possible values means only that
12888 the variable's value must be numerically equal to a number in
12889 that range, but not that it must be equal in type as well.
12890 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
12891 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
12893 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
12894 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
12895 where the interval does not lie in the range described by the
12896 type symbol.
12898 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
12899 like the one described above.  Another case where they are used
12900 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
12901 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
12902 roots (if any) will be included in the list.
12904 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
12905 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
12906 shown above).
12908 Another command that makes use of declarations is @kbd{a s}, when
12909 simplifying equations and inequalities.  It will cancel @code{x}
12910 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
12911 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
12912 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
12913 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
12914 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
12915 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
12916 including cancelling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
12917 not known to be nonzero.
12919 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
12921 @table @code
12922 @item scalar
12923 The value is not a vector.
12924 @item vector
12925 The value is a vector.
12926 @item matrix
12927 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
12928 @end table
12930 These type symbols can be combined with the other type symbols
12931 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
12932 is a matrix of integers.
12934 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
12935 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
12936 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
12937 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
12938 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
12939 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
12940 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
12941 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
12942 declarations.)
12944 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of ``matrix mode'' and
12945 ``scalar mode,'' which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
12946 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
12948 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
12949 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
12951 @table @code
12952 @item const
12953 The value is a constant with respect to other variables.
12954 @end table
12956 Calc does not check the declarations for a variable when you store
12957 a value in it.  However, storing @i{-3.5} in a variable that has
12958 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
12959 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @cite{3.5}
12960 if it substitutes the value first, or to @cite{-3.5} if @code{x}
12961 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
12962 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
12963 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
12964 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
12965 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
12967 @node Functions for Declarations, , Kinds of Declarations, Declarations
12968 @subsection Functions for Declarations
12970 @noindent
12971 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
12972 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
12973 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
12974 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
12975 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
12976 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
12977 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
12978 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
12979 that perform other tests not related to declarations.
12981 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
12982 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
12983 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
12984 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
12985 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
12987 @ignore
12988 @starindex
12989 @end ignore
12990 @tindex dint
12991 @ignore
12992 @starindex
12993 @end ignore
12994 @tindex dnumint
12995 @ignore
12996 @starindex
12997 @end ignore
12998 @tindex dnatnum
12999 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
13000 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
13001 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
13002 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
13003 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
13004 data type functions also accept vectors or matrices composed of
13005 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
13006 are considered to be integers for the purposes of these functions.
13008 @ignore
13009 @starindex
13010 @end ignore
13011 @tindex drat
13012 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
13013 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
13014 and error forms do not.
13016 @ignore
13017 @starindex
13018 @end ignore
13019 @tindex dreal
13020 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
13021 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
13023 @ignore
13024 @starindex
13025 @end ignore
13026 @tindex dimag
13027 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
13028 i.e., is mathematically equal to a real number times @cite{i}.
13030 @ignore
13031 @starindex
13032 @end ignore
13033 @tindex dpos
13034 @ignore
13035 @starindex
13036 @end ignore
13037 @tindex dneg
13038 @ignore
13039 @starindex
13040 @end ignore
13041 @tindex dnonneg
13042 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
13043 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
13044 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
13045 equal to zero.  Note that the @kbd{a s} command can simplify an
13046 expression like @cite{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}, and that
13047 @kbd{a s} is effectively applied to all conditions in rewrite rules,
13048 so the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
13049 are rarely necessary.
13051 @ignore
13052 @starindex
13053 @end ignore
13054 @tindex dnonzero
13055 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
13056 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
13057 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
13058 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
13059 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
13060 represent values which could be anything including zero.  (This is
13061 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
13063 @ignore
13064 @starindex
13065 @end ignore
13066 @tindex deven
13067 @ignore
13068 @starindex
13069 @end ignore
13070 @tindex dodd
13071 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
13072 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
13073 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
13074 The @kbd{a s} command uses this to simplify a test of the form
13075 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
13077 @ignore
13078 @starindex
13079 @end ignore
13080 @tindex drange
13081 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
13082 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
13083 the set of possible values of its argument.  If the argument is
13084 a variable or a function with a declaration, the range is copied
13085 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
13086 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
13087 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
13088 the expression is not provably real, the @code{drange} function
13089 remains unevaluated.
13091 @ignore
13092 @starindex
13093 @end ignore
13094 @tindex dscalar
13095 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
13096 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
13097 unevaluated if this cannot be determined.  (If matrix mode or scalar
13098 mode are in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
13099 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
13100 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
13101 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
13102 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
13103 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
13104 information to tell.
13106 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
13107 @section Display Modes
13109 @noindent
13110 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
13111 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
13112 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
13113 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
13114 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
13115 @pxref{Vector and Matrix Formats}.@refill
13117 One thing all display modes have in common is their treatment of the
13118 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
13119 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13120 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13121 reflect the latest mode settings.
13123 @kindex d @key{RET}
13124 @pindex calc-refresh-top
13125 The @kbd{d @key{RET}} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13126 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13127 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13128 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13129 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13130 For example, @kbd{H d s M-2 d @key{RET}} changes to scientific notation
13131 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13133 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13134 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13135 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13136 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d @key{RET} H d (@var{old mode})}.
13138 @menu
13139 * Radix Modes::
13140 * Grouping Digits::
13141 * Float Formats::
13142 * Complex Formats::
13143 * Fraction Formats::
13144 * HMS Formats::
13145 * Date Formats::
13146 * Truncating the Stack::
13147 * Justification::
13148 * Labels::
13149 @end menu
13151 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13152 @subsection Radix Modes
13154 @noindent
13155 @cindex Radix display
13156 @cindex Non-decimal numbers
13157 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13158 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13159 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13160 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13161 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13162 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13164 @kindex d 2
13165 @kindex d 8
13166 @kindex d 6
13167 @kindex d 0
13168 @cindex Hexadecimal integers
13169 @cindex Octal integers
13170 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13171 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13172 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13173 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13174 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13175 as decimal.@refill
13177 @kindex d r
13178 @pindex calc-radix
13179 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13180 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13181 argument; otherwise you will be prompted for it.
13183 @kindex d z
13184 @pindex calc-leading-zeros
13185 @cindex Leading zeros
13186 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13187 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13188 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13189 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13190 word size.)  If the absolute value of the word size is @cite{w}, all integers
13191 are displayed with at least enough digits to represent @c{$2^w-1$}
13192 @cite{(2^w)-1} in the
13193 current radix.  (Larger integers will still be displayed in their entirety.)
13195 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13196 @subsection Grouping Digits
13198 @noindent
13199 @kindex d g
13200 @pindex calc-group-digits
13201 @cindex Grouping digits
13202 @cindex Digit grouping
13203 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13204 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13205 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{grouping} mode, in which digits
13206 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13207 separated by commas.
13209 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13210 With a numerix prefix of 0, this command displays the current state of
13211 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13212 with a positive argument @cite{N} it enables grouping on every @cite{N}
13213 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13214 before the decimal point.  A negative prefix argument @cite{-N} enables
13215 grouping every @cite{N} digits both before and after the decimal point.@refill
13217 @kindex d ,
13218 @pindex calc-group-char
13219 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13220 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13221 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13222 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13223 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13224 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13225 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13227 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13228 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{M-# y} and @kbd{M-# g}.
13229 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13230 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13231 is ignored by @TeX{} language mode.
13233 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13234 @subsection Float Formats
13236 @noindent
13237 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13238 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13239 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13240 in this section allow you to choose among several alternative display
13241 formats for floats.
13243 @kindex d n
13244 @pindex calc-normal-notation
13245 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13246 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13247 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13248 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13249 the specified number of significant digits less than the current
13250 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13251 current precision is 12.)
13253 @kindex d f
13254 @pindex calc-fix-notation
13255 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13256 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13257 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13258 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13259 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13260 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13261 to zero rather than switching to scientific notation.
13263 @kindex d s
13264 @pindex calc-sci-notation
13265 @cindex Scientific notation, display of
13266 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13267 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13268 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13269 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13270 The default is to display all significant digits.
13272 @kindex d e
13273 @pindex calc-eng-notation
13274 @cindex Engineering notation, display of
13275 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13276 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13277 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13278 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13279 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13281 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13282 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13283 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13284 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13285 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13286 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13287 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13288 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{M-# y} which operate on the
13289 actual displayed text in the Calculator buffer.
13291 @kindex d .
13292 @pindex calc-point-char
13293 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13294 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13295 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13296 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13297 numbers, and commas to separate elements in a list.
13299 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13300 @subsection Complex Formats
13302 @noindent
13303 @kindex d c
13304 @pindex calc-complex-notation
13305 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13306 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13307 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13308 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.@refill
13310 @kindex d i
13311 @pindex calc-i-notation
13312 @kindex d j
13313 @pindex calc-j-notation
13314 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13315 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13316 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13317 in some disciplines.@refill
13319 @cindex @code{i} variable
13320 @vindex i
13321 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13322 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13323 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13324 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13325 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13326 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13327 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13328 @xref{Variables}, under ``special constants.''@refill
13330 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13331 @subsection Fraction Formats
13333 @noindent
13334 @kindex d o
13335 @pindex calc-over-notation
13336 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13337 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13338 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13339 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13340 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13341 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13342 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13343 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13345 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13346 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13347 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13348 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13349 and @kbd{8:3} are equivalent).
13351 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13352 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13353 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13354 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13355 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13356 the fraction @cite{1:6} will be unaffected, but @cite{2:3} will be
13357 displayed as @cite{4:6}, @cite{1:2} will be displayed as @cite{3:6},
13358 and @cite{1:8} will be displayed as @cite{3:24}.  Integers are also
13359 affected by this mode:  3 is displayed as @cite{18:6}.  Note that the
13360 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13361 integers as @cite{n:1}.
13363 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13364 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13365 never affects floats.
13367 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13368 @subsection HMS Formats
13370 @noindent
13371 @kindex d h
13372 @pindex calc-hms-notation
13373 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13374 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13375 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13376 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13377 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13378 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13379 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13381 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13382 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13383 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13384 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13385 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13386 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13387 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13388 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13389 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13390 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13391 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13392 entry.
13394 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13395 @subsection Date Formats
13397 @noindent
13398 @kindex d d
13399 @pindex calc-date-notation
13400 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13401 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13402 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13403 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13404 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13405 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13406 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13407 pure dates.
13409 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13410 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13411 If you enter a blank format string, this default format is
13412 reestablished.
13414 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13415 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13416 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13418 @menu
13419 * Date Formatting Codes::
13420 * Free-Form Dates::
13421 * Standard Date Formats::
13422 @end menu
13424 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13425 @subsubsection Date Formatting Codes
13427 @noindent
13428 When displaying a date, the current date format is used.  All
13429 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13430 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13431 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13432 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13433 below.
13435 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13436 match the input string to the current format either with or without
13437 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13438 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13439 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13440 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13441 since Jan 1, 1 AD.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13442 flexible algorithm which is described in the next section.
13444 Weekday names are ignored during reading.
13446 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13447 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13448 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13449 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13450 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13452 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13454 @table @asis
13455 @item Y
13456 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13457 @item YY
13458 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13459 @item BY
13460 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13461 @item YYY
13462 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13463 @item YYYY
13464 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13465 @item aa
13466 Year:  ``ad'' or blank.
13467 @item AA
13468 Year:  ``AD'' or blank.
13469 @item aaa
13470 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13471 @item AAA
13472 Year:  ``AD '' or blank.
13473 @item aaaa
13474 Year:  ``a.d.'' or blank.
13475 @item AAAA
13476 Year:  ``A.D.'' or blank.
13477 @item bb
13478 Year:  ``bc'' or blank.
13479 @item BB
13480 Year:  ``BC'' or blank.
13481 @item bbb
13482 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13483 @item BBB
13484 Year:  `` BC'' or blank.
13485 @item bbbb
13486 Year:  ``b.c.'' or blank.
13487 @item BBBB
13488 Year:  ``B.C.'' or blank.
13489 @item M
13490 Month:  ``8'' for August.
13491 @item MM
13492 Month:  ``08'' for August.
13493 @item BM
13494 Month:  `` 8'' for August.
13495 @item MMM
13496 Month:  ``AUG'' for August.
13497 @item Mmm
13498 Month:  ``Aug'' for August.
13499 @item mmm
13500 Month:  ``aug'' for August.
13501 @item MMMM
13502 Month:  ``AUGUST'' for August.
13503 @item Mmmm
13504 Month:  ``August'' for August.
13505 @item D
13506 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13507 @item DD
13508 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13509 @item BD
13510 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13511 @item W
13512 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13513 @item WWW
13514 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13515 @item Www
13516 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13517 @item www
13518 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13519 @item WWWW
13520 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13521 @item Wwww
13522 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13523 @item d
13524 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13525 @item ddd
13526 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13527 @item bdd
13528 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13529 @item h
13530 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13531 @item hh
13532 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13533 @item bh
13534 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13535 @item H
13536 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13537 @item HH
13538 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13539 @item BH
13540 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13541 @item p
13542 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13543 @item P
13544 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13545 @item pp
13546 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13547 @item PP
13548 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13549 @item pppp
13550 AM/PM:  ``a.m.'' or ``p.m.''.
13551 @item PPPP
13552 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13553 @item m
13554 Minutes:  ``7'' for 7.
13555 @item mm
13556 Minutes:  ``07'' for 7.
13557 @item bm
13558 Minutes:  `` 7'' for 7.
13559 @item s
13560 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13561 @item ss
13562 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13563 @item bs
13564 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13565 @item SS
13566 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13567 @item BS
13568 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13569 @item N
13570 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13571 @item n
13572 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13573 @item J
13574 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13575 @item j
13576 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13577 @item U
13578 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13579 @item X
13580 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13581 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13582 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13583 required for algebraic entry.
13584 @end table
13586 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13587 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13589 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13590 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13591 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13592 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13593 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13595 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13596 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13597 reading unless several of these codes are strung together with no
13598 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13599 many digits as there are letters in the format.
13601 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13602 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13603 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13605 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13606 @subsubsection Free-Form Dates
13608 @noindent
13609 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13610 on the algorithm described here if the input does not exactly
13611 match the current date format.  This algorithm generally
13612 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13613 but it is described here in full detail for the curious.
13615 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13616 while interpreting dates.
13618 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13619 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13620 the date.
13622 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13623 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13624 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13625 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13626 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13627 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13628 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13629 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13630 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13631 recognized with no number attached.
13633 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13634 format.
13636 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13637 from the string; other characters are ignored.  All words must
13638 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13639 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13640 abbreviations.
13642 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13643 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13644 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13645 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13646 assumes the month, day and year are in the same order that they
13647 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13648 current year is taken from the system clock.
13650 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13651 words, then the input is rejected.
13653 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13654 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13655 like Julian dates that were included along with the traditional
13656 date components when the date was formatted.
13658 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13659 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13660 minus sign on the year value.
13662 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13663 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13665 @node Standard Date Formats, , Free-Form Dates, Date Formats
13666 @subsubsection Standard Date Formats
13668 @noindent
13669 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13670 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13671 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13672 to select the other formats.
13674 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13675 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13676 enter will be recorded as the new standard format of that
13677 number, as well as becoming the new current date format.
13678 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13679 command (@pxref{Mode Settings}).
13681 @table @asis
13682 @item 0
13683 @samp{N}  (Numerical format)
13684 @item 1
13685 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13686 @item 2
13687 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13688 @item 3
13689 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13690 @item 4
13691 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13692 @item 5
13693 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13694 @item 6
13695 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13696 @item 7
13697 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13698 @item 8
13699 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13700 @item 9
13701 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13702 @end table
13704 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13705 @subsection Truncating the Stack
13707 @noindent
13708 @kindex d t
13709 @pindex calc-truncate-stack
13710 @cindex Truncating the stack
13711 @cindex Narrowing the stack
13712 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13713 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13714 The number right above that line is considered to the be at the top of
13715 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13716 operations.  This is similar to the Emacs ``narrowing'' feature, except
13717 that the values below the @samp{.} are @emph{visible}, just temporarily
13718 frozen.  This feature allows you to keep several independent calculations
13719 running at once in different parts of the stack, or to apply a certain
13720 command to an element buried deep in the stack.@refill
13722 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13723 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13724 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13725 With a positive numeric prefix argument @cite{n}, @kbd{d t} hides the
13726 bottom @cite{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
13727 all but the top @cite{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
13728 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.@refill
13730 @kindex d [
13731 @pindex calc-truncate-up
13732 @kindex d ]
13733 @pindex calc-truncate-down
13734 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
13735 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
13736 line at a time (or several lines with a prefix argument).@refill
13738 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
13739 @subsection Justification
13741 @noindent
13742 @kindex d <
13743 @pindex calc-left-justify
13744 @kindex d =
13745 @pindex calc-center-justify
13746 @kindex d >
13747 @pindex calc-right-justify
13748 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
13749 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
13750 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
13751 (@code{calc-center-justify}).  For example, in right-justification mode,
13752 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
13753 window.@refill
13755 If you change the width of the Calculator window you may have to type
13756 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
13757 text.
13759 Right-justification is especially useful together with fixed-point
13760 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
13761 together, the decimal points on numbers will always line up.
13763 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
13764 a little extra control over the display.  The argument specifies the
13765 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
13766 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
13767 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
13768 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
13769 origin and line width is slightly different in each justification
13770 mode.
13772 In left-justified mode, the line is indented by a number of spaces
13773 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
13774 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
13775 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
13776 line is indented to the origin.
13778 In right-justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
13779 character is just before the origin, or just before the current
13780 window width if no origin was specified.  If the line is too long
13781 for this, then it is broken; the current line width is used, if
13782 specified, or else the origin is used as a width if that is
13783 specified, or else the line is broken to fit in the window.
13785 In centering mode, the origin is the column number of the center of
13786 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
13787 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
13788 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
13789 line width or Calc window width is used.
13791 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
13792 is indented an additional four spaces to make room for the line
13793 number.  The width of the line number is taken into account when
13794 positioning according to the current Calc window width, but not
13795 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
13796 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
13797 shifted over four spaces to fit the line numbers.
13799 @node Labels, , Justification, Display Modes
13800 @subsection Labels
13802 @noindent
13803 @kindex d @{
13804 @pindex calc-left-label
13805 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
13806 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
13807 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
13808 appear immediately after the label (unless you specified an origin
13809 greater than the length of the label).  If the entries are centered
13810 or right-justified, the label appears on the far left and does not
13811 affect the horizontal position of the stack entry.
13813 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
13815 @kindex d @}
13816 @pindex calc-right-label
13817 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
13818 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
13819 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
13820 a line width and an origin are given in right-justified mode, the
13821 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
13822 justified to the line width.
13824 One application of labels would be to add equation numbers to
13825 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
13826 document (possibly using Embedded Mode).  The equations would
13827 typically be centered, and the equation numbers would be on the
13828 left or right as you prefer.
13830 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
13831 @section Language Modes
13833 @noindent
13834 The commands in this section change Calc to use a different notation for
13835 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
13836 other common language such as Pascal or @TeX{}.  Objects displayed on the
13837 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
13838 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
13839 another buffer will be interpreted according to the current language.
13841 The current language has no effect on things written to or read from the
13842 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
13843 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
13844 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
13846 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
13847 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
13848 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
13849 to switch to C notation.  Now use @code{C-u M-# g} to grab the formula
13850 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
13851 to the first variable, and @kbd{M-# y} to yank the formula for the derivative
13852 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
13853 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
13855 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
13856 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
13857 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
13858 and would have written the formula back with notations (like implicit
13859 multiplication) which would not have been legal for a C program.
13861 As another example, suppose you are maintaining a C program and a @TeX{}
13862 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
13863 formula from the program in C mode, switch to @TeX{} mode, and yank the
13864 formula into the document in @TeX{} math-mode format.
13866 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
13867 shifted letter key.
13869 @menu
13870 * Normal Language Modes::
13871 * C FORTRAN Pascal::
13872 * TeX Language Mode::
13873 * Eqn Language Mode::
13874 * Mathematica Language Mode::
13875 * Maple Language Mode::
13876 * Compositions::
13877 * Syntax Tables::
13878 @end menu
13880 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
13881 @subsection Normal Language Modes
13883 @noindent
13884 @kindex d N
13885 @pindex calc-normal-language
13886 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
13887 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
13888 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
13889 objects are written in linear form, as they would be typed from the
13890 keyboard.
13892 @kindex d O
13893 @pindex calc-flat-language
13894 @cindex Matrix display
13895 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
13896 identical with the normal one, except that matrices are written in
13897 one-line form along with everything else.  In some applications this
13898 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
13900 @kindex d b
13901 @pindex calc-line-breaking
13902 @cindex Line breaking
13903 @cindex Breaking up long lines
13904 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
13905 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
13906 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
13907 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
13908 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
13909 command, that argument will specify the line width used when breaking
13910 long lines.
13912 @kindex d B
13913 @pindex calc-big-language
13914 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
13915 which uses textual approximations to various mathematical notations,
13916 such as powers, quotients, and square roots:
13918 @example
13919   ____________
13920  | a + 1    2
13921  | ----- + c
13922 \|   b
13923 @end example
13925 @noindent
13926 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
13928 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in ``big''
13929 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
13930 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
13931 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
13932 notation.
13934 One slight ambiguity of Big notation is that
13936 @example
13937   3
13938 - -
13939   4
13940 @end example
13942 @noindent
13943 can represent either the negative rational number @cite{-3:4}, or the
13944 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
13945 never be displayed because it would immediately be evaluated to
13946 @cite{-3:4} or @cite{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
13947 typical use.
13949 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
13950 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
13951 though generally you will know which interpretation is correct.
13952 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
13953 in Big mode.
13955 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
13956 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
13957 You may find it useful to expand the Calc window's height using
13958 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
13959 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
13961 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
13962 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
13963 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
13964 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
13966 @kindex d U
13967 @pindex calc-unformatted-language
13968 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
13969 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
13970 shown above would be displayed:
13972 @example
13973 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
13974 @end example
13976 These four modes differ only in display format, not in the format
13977 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
13978 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
13979 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
13980 parentheses).
13982 @node C FORTRAN Pascal, TeX Language Mode, Normal Language Modes, Language Modes
13983 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
13985 @noindent
13986 @kindex d C
13987 @pindex calc-c-language
13988 @cindex C language
13989 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
13990 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
13991 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
13992 particular, C language operators and operator precedences are used in
13993 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
13994 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
13995 @samp{pow(a,b)}.
13997 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
13998 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
13999 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
14000 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
14001 mode is the same as @samp{a_i} in normal mode.  Assignments
14002 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
14003 using the @samp{:=} symbol.
14005 The variables @code{var-pi} and @code{var-e} would be displayed @samp{pi}
14006 and @samp{e} in normal mode, but in C mode they are displayed as
14007 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
14008 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
14009 names are different in C are translated automatically for entry and
14010 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
14011 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
14012 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
14014 @kindex d P
14015 @pindex calc-pascal-language
14016 @cindex Pascal language
14017 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
14018 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
14019 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
14020 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
14021 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
14022 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
14023 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
14024 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
14025 of handling these in Pascal.
14027 @kindex d F
14028 @pindex calc-fortran-language
14029 @cindex FORTRAN language
14030 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
14031 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
14032 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
14033 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
14034 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
14035 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
14036 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
14037 Also, if the variable @code{a} has been declared to have type
14038 @code{vector} or @code{matrix} then @samp{a(i)} will be parsed as a
14039 subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't matter, though;
14040 if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and Calc interprets
14041 it as a function call, you'll never know the difference unless you
14042 switch to another language mode or replace @code{a} with an actual
14043 vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
14044 function!).
14046 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
14047 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
14048 normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
14050 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
14051 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
14052 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
14053 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
14054 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
14055 convert to lower-case for display and input.
14057 @node TeX Language Mode, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
14058 @subsection @TeX{} Language Mode
14060 @noindent
14061 @kindex d T
14062 @pindex calc-tex-language
14063 @cindex TeX language
14064 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
14065 of ``math mode'' in the @TeX{} typesetting language, by Donald Knuth.
14066 Formulas are entered
14067 and displayed in @TeX{} notation, as in @samp{\sin\left( a \over b \right)}.
14068 Math formulas are usually enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{}; these
14069 should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc, the @samp{$} sign
14070 has the same meaning it always does in algebraic formulas (a reference to
14071 an existing entry on the stack).@refill
14073 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
14074 quotients are written using @code{\over};
14075 binomial coefficients are written with @code{\choose}.
14076 Interval forms are written with @code{\ldots}, and
14077 error forms are written with @code{\pm}.
14078 Absolute values are written as in @samp{|x + 1|}, and the floor and
14079 ceiling functions are written with @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc.
14080 The words @code{\left} and @code{\right} are ignored when reading
14081 formulas in @TeX{} mode.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written
14082 as @code{\infty}; when read, @code{\infty} always translates to
14083 @code{inf}.@refill
14085 Function calls are written the usual way, with the function name followed
14086 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{} has
14087 special names (like @code{\sin}) will use curly braces instead of
14088 parentheses for very simple arguments.  During input, curly braces and
14089 parentheses work equally well for grouping, but when the document is
14090 formatted the curly braces will be invisible.  Thus the printed result is
14091 @c{$\sin{2 x}$}
14092 @cite{sin 2x} but @c{$\sin(2 + x)$}
14093 @cite{sin(2 + x)}.
14095 Function and variable names not treated specially by @TeX{} are simply
14096 written out as-is, which will cause them to come out in italic letters
14097 in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} with a positive numeric
14098 prefix argument, names of more than one character will instead be written
14099 @samp{\hbox@{@var{name}@}}.  The @samp{\hbox@{ @}} notation is ignored
14100 during reading.  If you use a negative prefix argument, such function
14101 names are written @samp{\@var{name}}, and function names that begin
14102 with @code{\} during reading have the @code{\} removed.  (Note that
14103 in this mode, long variable names are still written with @code{\hbox}.
14104 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar}
14105 in any @TeX{} mode.)
14107 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14108 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14109 @code{\bmatrix}.  The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14110 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14111 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14112 format; you may need to edit this afterwards to change @code{\matrix}
14113 to @code{\pmatrix} or @code{\\} to @code{\cr}.
14115 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14116 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14117 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14118 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14119 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14120 in Calc, @TeX{}, and @dfn{eqn} (described in the next section):
14122 @iftex
14123 @begingroup
14124 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14125 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14126 @end iftex
14127 @ignore
14128 @starindex
14129 @end ignore
14130 @tindex acute
14131 @ignore
14132 @starindex
14133 @end ignore
14134 @tindex bar
14135 @ignore
14136 @starindex
14137 @end ignore
14138 @tindex breve
14139 @ignore
14140 @starindex
14141 @end ignore
14142 @tindex check
14143 @ignore
14144 @starindex
14145 @end ignore
14146 @tindex dot
14147 @ignore
14148 @starindex
14149 @end ignore
14150 @tindex dotdot
14151 @ignore
14152 @starindex
14153 @end ignore
14154 @tindex dyad
14155 @ignore
14156 @starindex
14157 @end ignore
14158 @tindex grave
14159 @ignore
14160 @starindex
14161 @end ignore
14162 @tindex hat
14163 @ignore
14164 @starindex
14165 @end ignore
14166 @tindex Prime
14167 @ignore
14168 @starindex
14169 @end ignore
14170 @tindex tilde
14171 @ignore
14172 @starindex
14173 @end ignore
14174 @tindex under
14175 @ignore
14176 @starindex
14177 @end ignore
14178 @tindex Vec
14179 @iftex
14180 @endgroup
14181 @end iftex
14182 @example
14183 Calc      TeX           eqn
14184 ----      ---           ---
14185 acute     \acute
14186 bar       \bar          bar
14187 breve     \breve        
14188 check     \check
14189 dot       \dot          dot
14190 dotdot    \ddot         dotdot
14191 dyad                    dyad
14192 grave     \grave
14193 hat       \hat          hat
14194 Prime                   prime
14195 tilde     \tilde        tilde
14196 under     \underline    under
14197 Vec       \vec          vec
14198 @end example
14200 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14201 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14202 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14203 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14204 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14205 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14206 You will typically want to include one of the following definitions
14207 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14209 @example
14210 \def\evalto@{@}
14211 \def\evalto#1\to@{@}
14212 @end example
14214 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14215 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14216 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14217 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14218 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14219 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14221 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14222 reading is:
14224 @example
14225 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14226 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14227 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14228 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14229 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14230 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14231 \evalto
14232 @end example
14234 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} formula
14235 into Calc and writing it back out may lose spacing and font information.
14237 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14238 the same as @samp{*}.
14240 @ifinfo
14241 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14242 end of this section.
14243 @end ifinfo
14244 @iftex
14245 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14247 @example
14248 @group
14249 sin(a^2 / b_i)
14250 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14251 @end group
14252 @end example
14253 @tex
14254 \let\rm\goodrm
14255 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14256 @end tex
14257 @sp 1
14259 @example
14260 @group
14261 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14262 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14263 @end group
14264 @end example
14265 @tex
14266 \turnoffactive
14267 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14268 @end tex
14269 @sp 1
14271 @example
14272 @group
14273 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14274 [|a|, \left| a \over b \right|,
14275  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14276 @end group
14277 @end example
14278 @tex
14279 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14280     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14281 @end tex
14282 @sp 1
14284 @example
14285 @group
14286 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14287 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14288  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14289 @end group
14290 @end example
14291 @tex
14292 \turnoffactive\let\rm\goodrm
14293 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14294 @end tex
14295 @sp 2
14297 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14298 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14299 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14301 @example
14302 @group
14303 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14304 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14305 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14306 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14307 @end group
14308 @end example
14309 @tex
14310 \let\rm\goodrm
14311 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14312 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14313 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14314 @end tex
14315 @sp 2
14317 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14319 @example
14320 @group
14321 2 + 3 => 5
14322 \evalto 2 + 3 \to 5
14323 @end group
14324 @end example
14325 @tex
14326 \turnoffactive
14327 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14328 $$ 5 $$
14329 @end tex
14330 @sp 2
14332 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14334 @example
14335 @group
14336 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14337 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14338 @end group
14339 @end example
14340 @tex
14341 \turnoffactive
14342 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14343 {\let\to\Rightarrow
14344 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14345 @end tex
14346 @sp 2
14348 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14350 @example
14351 @group
14352 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14353 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14354 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14355 @end group
14356 @end example
14357 @tex
14358 \turnoffactive
14359 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14360 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14361 @end tex
14362 @sp 2
14363 @end iftex
14365 @node Eqn Language Mode, Mathematica Language Mode, TeX Language Mode, Language Modes
14366 @subsection Eqn Language Mode
14368 @noindent
14369 @kindex d E
14370 @pindex calc-eqn-language
14371 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14372 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14373 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14374 command selects @dfn{eqn} notation.
14376 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14377 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14378 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14379 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14380 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14381 required only when the argument contains spaces.
14383 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14384 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14385 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14386 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14387 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14388 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14389 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14391 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14392 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14393 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14394 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14395 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14396 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14397 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14398 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14399 names, too.)
14401 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14402 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14403 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14404 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14405 the typeset output of @dfn{eqn}).
14407 As in @TeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14408 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14409 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14410 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14412 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14413 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14414 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14415 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14416 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14417 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14418 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14420 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14421 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.  @xref{TeX Language
14422 Mode}, for a table of these accent functions.  The @code{prime} accent
14423 is treated specially if it occurs on a variable or function name:
14424 @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is stored internally as
14425 @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the derivative of @samp{f(2 x)}
14426 with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2 x)}, which @dfn{eqn} mode
14427 will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14429 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14430 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14431 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX Language Mode}, for a discussion
14432 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14433 recognized for these operators during reading.
14435 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14436 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14437 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14438 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14439 if the matrix justification mode so specifies.
14441 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14442 @subsection Mathematica Language Mode
14444 @noindent
14445 @kindex d M
14446 @pindex calc-mathematica-language
14447 @cindex Mathematica language
14448 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14449 conventions of Mathematica, a powerful and popular mathematical tool
14450 from Wolfram Research, Inc.  Notable differences in Mathematica mode
14451 are that the names of built-in functions are capitalized, and function
14452 calls use square brackets instead of parentheses.  Thus the Calc
14453 formula @samp{sin(2 x)} is entered and displayed @w{@samp{Sin[2 x]}} in
14454 Mathematica mode.
14456 Vectors and matrices use curly braces in Mathematica.  Complex numbers
14457 are written @samp{3 + 4 I}.  The standard special constants in Calc are
14458 written @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, @code{GoldenRatio}, @code{EulerGamma},
14459 @code{Infinity}, @code{ComplexInfinity}, and @code{Indeterminate} in
14460 Mathematica mode.
14461 Non-decimal numbers are written, e.g., @samp{16^^7fff}.  Floating-point
14462 numbers in scientific notation are written @samp{1.23*10.^3}.
14463 Subscripts use double square brackets: @samp{a[[i]]}.@refill
14465 @node Maple Language Mode, Compositions, Mathematica Language Mode, Language Modes
14466 @subsection Maple Language Mode
14468 @noindent
14469 @kindex d W
14470 @pindex calc-maple-language
14471 @cindex Maple language
14472 The @kbd{d W} (@code{calc-maple-language}) command selects the
14473 conventions of Maple, another mathematical tool from the University
14474 of Waterloo.  
14476 Maple's language is much like C.  Underscores are allowed in symbol
14477 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14478 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14479 denote powers.
14481 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14482 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14483 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14484 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14485 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14486 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14488 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14489 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]}, and
14490 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot
14491 see the difference between an open and a closed interval while in
14492 Maple display mode.
14494 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14495 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14496 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14497 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14499 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14500 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14501 inert (@samp{&}) operators.
14503 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14504 @subsection Compositions
14506 @noindent
14507 @cindex Compositions
14508 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14509 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14510 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14511 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14512 are recognized by Calc's display formatting routines.
14514 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14515 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14516 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14517 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14518 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14519 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14520 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14521 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14523 The composition functions do the same thing in all language modes
14524 (although their components will of course be formatted in the current
14525 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14526 which does not give the composition functions any special treatment.
14527 The functions are discussed here because of their relationship to
14528 the language modes.
14530 @menu
14531 * Composition Basics::
14532 * Horizontal Compositions::
14533 * Vertical Compositions::
14534 * Other Compositions::
14535 * Information about Compositions::
14536 * User-Defined Compositions::
14537 @end menu
14539 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14540 @subsubsection Composition Basics
14542 @noindent
14543 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14544 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14545 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14546 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14547 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14548 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14549 For example, in the Big mode formula
14551 @example
14552 @group
14553           2
14554      a + b
14555 17 + ------
14556        c
14557 @end group
14558 @end example
14560 @noindent
14561 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14562 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14563 is placed on the same level as the baseline of 17.
14565 @tex
14566 \bigskip
14567 @end tex
14569 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14570 an integer that represents the binding strength of various operators.
14571 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14572 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14573 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14575 The operator table used by normal and Big language modes has the
14576 following precedences:
14578 @example
14579 _     1200   @r{(subscripts)}
14580 %     1100   @r{(as in n}%@r{)}
14581 -     1000   @r{(as in }-@r{n)}
14582 !     1000   @r{(as in }!@r{n)}
14583 mod    400
14584 +/-    300
14585 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14586 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14587 ^      200
14588 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14589 / % \  190
14590 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14591 |      170
14592 < =    160    @r{(and other relations)}
14593 &&     110
14594 ||     100
14595 ? :     90
14596 !!!     85
14597 &&&     80
14598 |||     75
14599 :=      50
14600 ::      45
14601 =>      40
14602 @end example
14604 The general rule is that if an operator with precedence @cite{n}
14605 occurs as an argument to an operator with precedence @cite{m}, then
14606 the argument is enclosed in parentheses if @cite{n < m}.  Top-level
14607 expressions and expressions which are function arguments, vector
14608 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14609 normally never get additional parentheses).
14611 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14612 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14613 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14614 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14615 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14616 with one-higher precedence.
14618 @ignore
14619 @starindex
14620 @end ignore
14621 @tindex cprec
14622 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
14623 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
14624 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
14625 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
14626 precedence than multiplication).
14628 @tex
14629 \bigskip
14630 @end tex
14632 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
14633 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
14634 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
14635 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
14636 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
14637 exactly as specified.  If they come out wider than the current
14638 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
14639 view them.
14641 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
14642 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
14643 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
14644 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
14645 move down to the next line starting at the first break point that
14646 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
14647 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
14648 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
14649 For example, a vector of sums might be formatted as:
14651 @example
14652 @group
14653 [ a + b + c, d + e + f,
14654   g + h + i, j + k + l, m ]
14655 @end group
14656 @end example
14658 @noindent
14659 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
14660 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
14661 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
14662 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
14663 itself been too large to fit.
14665 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
14666 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
14667 also generates breakable items:  A break point is added after every
14668 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
14669 end of the string.
14671 Composition functions themselves count as levels in the formula
14672 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
14673 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
14674 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
14675 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
14676 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
14677 will be on the same level as the break points of the surrounding
14678 object.
14680 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
14681 @subsubsection Horizontal Compositions
14683 @noindent
14684 @ignore
14685 @starindex
14686 @end ignore
14687 @tindex choriz
14688 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
14689 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
14690 as @w{@samp{17a b / cd}} in normal language mode, or as
14692 @example
14693 @group
14694   a b
14695 17---d
14696    c
14697 @end group
14698 @end example
14700 @noindent
14701 in Big language mode.  This is actually one case of the general
14702 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
14703 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
14704 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
14705 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
14706 the precedence from the surrounding environment.
14708 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
14709 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
14710 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
14711 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
14712 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
14713 (unless any of its component compositions are breakable).
14715 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
14716 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
14717 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
14718 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
14719 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
14721 The baseline of a horizontal composition is the same as the
14722 baselines of the component compositions, which are all aligned.
14724 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
14725 @subsubsection Vertical Compositions
14727 @noindent
14728 @ignore
14729 @starindex
14730 @end ignore
14731 @tindex cvert
14732 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
14733 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
14734 the result is by default the top line of the resulting composition.
14735 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
14736 formats in Big mode as
14738 @example
14739 @group
14740 f( a ,  2    )
14741   bb   a  + 1
14742   ccc     2
14743          b
14744 @end group
14745 @end example
14747 @ignore
14748 @starindex
14749 @end ignore
14750 @tindex cbase
14751 There are several special composition functions that work only as
14752 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
14753 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
14754 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
14755 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
14756 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
14758 @example
14759 @group
14760         2
14761        a  + 1
14762    a      2
14763 f(bb ,   b   )
14764   ccc
14765 @end group
14766 @end example
14768 @ignore
14769 @starindex
14770 @end ignore
14771 @tindex ctbase
14772 @ignore
14773 @starindex
14774 @end ignore
14775 @tindex cbbase
14776 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
14777 make the baseline of the vertical composition equal to the top
14778 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
14779 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
14780 cvert([cbbase(a / b)])} gives
14782 @example
14783 @group
14784         a
14785 a       -
14786 - + a + b
14787 b   -
14788     b
14789 @end group
14790 @end example
14792 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
14793 function in a given vertical composition.  These functions can also
14794 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
14795 which means the baseline is the top line of the following item, and
14796 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
14797 item.
14799 @ignore
14800 @starindex
14801 @end ignore
14802 @tindex crule
14803 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
14804 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
14805 characters to build the rule.  You can specify any other character,
14806 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
14807 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
14808 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
14809 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
14811 @example
14812 @group
14813 a + 1
14814 =====
14815   2
14817 @end group
14818 @end example
14820 @ignore
14821 @starindex
14822 @end ignore
14823 @tindex clvert
14824 @ignore
14825 @starindex
14826 @end ignore
14827 @tindex crvert
14828 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
14829 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
14830 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
14831 gives:
14833 @example
14834 @group
14835 a   +   a
14836 bb     bb
14837 ccc   ccc
14838 @end group
14839 @end example
14841 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
14842 which gives the precedence to use when formatting the components.
14843 Vertical compositions do not support separator strings.
14845 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
14846 @subsubsection Other Compositions
14848 @noindent
14849 @ignore
14850 @starindex
14851 @end ignore
14852 @tindex csup
14853 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
14854 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
14855 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
14856 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
14857 bottom line is one above the baseline.
14859 @ignore
14860 @starindex
14861 @end ignore
14862 @tindex csub
14863 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
14864 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
14865 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
14866 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
14867 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
14869 @ignore
14870 @starindex
14871 @end ignore
14872 @tindex cflat
14873 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
14874 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
14875 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
14876 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
14877 to improve its readability.
14879 @ignore
14880 @starindex
14881 @end ignore
14882 @tindex cspace
14883 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
14884 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
14885 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
14886 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
14887 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
14888 it is formatted in the normal way and then several copies of that
14889 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
14891 @example
14892 @group
14893  2 2 2 2
14894 a a a a
14895 @end group
14896 @end example
14898 @noindent
14899 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
14901 @ignore
14902 @starindex
14903 @end ignore
14904 @tindex cvspace
14905 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
14906 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
14907 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
14908 argument of zero will produce an object which contributes zero
14909 height if used in a vertical composition.
14911 @ignore
14912 @starindex
14913 @end ignore
14914 @tindex ctspace
14915 @ignore
14916 @starindex
14917 @end ignore
14918 @tindex cbspace
14919 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
14920 create vertical space with the baseline the same as the baseline
14921 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
14922 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
14923 displays as:
14925 @example
14926 @group
14927         a
14928         -
14929 a       b
14930 -   a   a
14931 b + - + -
14932 a   b   b
14933 -   a
14934 b   -
14935     b
14936 @end group
14937 @end example
14939 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
14940 @subsubsection Information about Compositions
14942 @noindent
14943 The functions in this section are actual functions; they compose their
14944 arguments according to the current language and other display modes,
14945 then return a certain measurement of the composition as an integer.
14947 @ignore
14948 @starindex
14949 @end ignore
14950 @tindex cwidth
14951 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
14952 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
14953 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
14954 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
14955 the composition functions described in this section.
14957 @ignore
14958 @starindex
14959 @end ignore
14960 @tindex cheight
14961 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
14962 This is the total number of lines in the argument's printed form.
14964 @ignore
14965 @starindex
14966 @end ignore
14967 @tindex cascent
14968 @ignore
14969 @starindex
14970 @end ignore
14971 @tindex cdescent
14972 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
14973 of the height that is above (and including) the baseline, or below
14974 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
14975 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
14976 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
14977 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
14978 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
14979 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
14981 @node User-Defined Compositions, , Information about Compositions, Compositions
14982 @subsubsection User-Defined Compositions
14984 @noindent
14985 @kindex Z C
14986 @pindex calc-user-define-composition
14987 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
14988 define the display format for any algebraic function.  You provide a
14989 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
14990 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
14991 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
14992 replaces the function call with that formula with the arguments
14993 replaced.
14995 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
14996 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
14997 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
14998 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
14999 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
15000 affect the display at all.
15002 You can define formats for built-in functions, for functions you have
15003 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
15004 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
15005 You can define different formats for each language mode, and for each
15006 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
15007 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15008 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15009 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15010 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15011 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15013 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15014 formula, any defined formats for the function in the current language
15015 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15017 For example, the default format for the binomial coefficient function
15018 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15020 @example
15021 @group
15023 ( )
15025 @end group
15026 @end example
15028 @noindent
15029 You might prefer the notation,
15031 @example
15032 @group
15034 n m
15035 @end group
15036 @end example
15038 @noindent
15039 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15040 then put the formula
15042 @smallexample
15043 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15044 @end smallexample
15046 @noindent
15047 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15048 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15049 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15050 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15051 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15052 as an algebraic entry.
15054 @example
15055 @group
15056  C  +  C 
15057 a b   7 3
15058 @end group
15059 @end example
15061 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15062 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15063 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15064 instead of parentheses.
15066 @smallexample
15067 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15068 @end smallexample
15070 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15071 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15073 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15074 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15075 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15076 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15077 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15078 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15079 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15080 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15081 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15082 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15083 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15084 it can easily be confused with a real sum.)
15086 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15087 composition formula to cause all or part of the formula to be
15088 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15089 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15090 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15091 regardless of the current simplification mode.  There are also
15092 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15093 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15094 operate only in the context of composition formulas (and also in
15095 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15096 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15097 symbolic form.
15099 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15100 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15101 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15102 there are several situations where it could be slow.  For example,
15103 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15104 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15105 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15106 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15107 produce a large, unwieldy integer.
15109 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15110 command (@pxref{Creating User Keys}).
15112 @node Syntax Tables, , Compositions, Language Modes
15113 @subsection Syntax Tables
15115 @noindent
15116 @cindex Syntax tables
15117 @cindex Parsing formulas, customized
15118 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15119 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15120 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15122 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15123 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15125 @kindex Z S
15126 @pindex calc-edit-user-syntax
15127 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15128 syntax table for the current language mode.  If you want your
15129 syntax to work in any language, define it in the normal language
15130 mode.  Type @kbd{M-# M-#} to finish editing the syntax table, or
15131 @kbd{M-# x} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15132 the syntax tables along with the other mode settings;
15133 @pxref{General Mode Commands}.
15135 @menu
15136 * Syntax Table Basics::
15137 * Precedence in Syntax Tables::
15138 * Advanced Syntax Patterns::
15139 * Conditional Syntax Rules::
15140 @end menu
15142 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15143 @subsubsection Syntax Table Basics
15145 @noindent
15146 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15147 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15148 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15149 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15150 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15151 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15152 the parser matches this string of tokens against various built-in
15153 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15154 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15155 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15157 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15158 which allow you to specify new patterns to define your own
15159 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15160 table for the current language mode, then the table for the normal
15161 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15162 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15163 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15164 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15165 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15166 completely different.)
15168 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15169 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15170 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15172 @example
15173 foo ( ) := 2+3
15174 @end example
15176 @noindent
15177 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15178 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15179 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15180 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15181 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15182 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15183 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15184 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15185 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15186 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15187 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15188 calls would no longer recognize it!
15190 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15191 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15192 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15194 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15195 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15196 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15197 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15198 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15199 and postfix operator, respectively:
15201 @example
15202 foo ( # ) := myfunc(#1)
15203 foo # := myprefix(#1)
15204 # foo # := myinfix(#1,#2)
15205 # foo := mypostfix(#1)
15206 @end example
15208 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15209 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15211 It is important to write the first two rules in the order shown,
15212 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15213 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15214 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15215 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15216 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15217 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15218 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15219 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15220 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15221 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15222 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15224 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15225 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15226 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15227 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15228 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15229 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15230 expressions with nothing between them will be parsed as one
15231 expression that uses implicit multiplication.
15233 As a more practical example, Maple uses the notation
15234 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15235 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15236 rule,
15238 @example
15239 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15240 @end example
15242 @noindent
15243 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15244 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15245 define these operators quite easily:
15247 @example
15248 # *= # := muleq(#1,#2)
15249 # ++ := postinc(#1)
15250 ++ # := preinc(#1)
15251 @end example
15253 @noindent
15254 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15255 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15256 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15257 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15259 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15260 interpretation in syntax patterns:
15262 @example
15263 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15264 @end example
15266 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15267 again it is generally better to use two tokens than one token with
15268 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15269 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15270 backslashes in tokens.)
15272 @example
15273 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15274 @end example
15276 @noindent
15277 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15279 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15280 it is not legal to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15281 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15282 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15283 the syntax table will prevent those characters from working in their
15284 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15285 respectively).
15287 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15288 the rest of the line to be ignored as a comment.
15290 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15291 @subsubsection Precedence
15293 @noindent
15294 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15295 By default, an operator defined by a rule like
15297 @example
15298 # foo # := foo(#1,#2)
15299 @end example
15301 @noindent
15302 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15303 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15304 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15305 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15306 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15307 @samp{*}, so if we change this rule to
15309 @example
15310 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15311 @end example
15313 @noindent
15314 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15315 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15316 precedence, our new operator will be left-associative:
15317 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15318 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15319 can create a right-associative operator.
15321 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15322 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15323 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15325 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15326 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15328 @noindent
15329 To match a function with a variable number of arguments, you could
15330 write
15332 @example
15333 foo ( # ) := myfunc(#1)
15334 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15335 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15336 @end example
15338 @noindent
15339 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15340 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15341 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15343 @example
15344 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15345 @end example
15347 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15348 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15349 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15350 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15351 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15352 separator token (with no space in between, as shown above).
15353 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15354 several expressions separated by commas.
15356 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15357 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15358 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15359 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15360 of arguments and builds a call to the function with those
15361 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15363 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15364 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15365 strung together into the resulting vector.  If the body
15366 does not contain anything but literal tokens, the result will
15367 always be an empty vector.
15369 @example
15370 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15371 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15372 @end example
15374 @noindent
15375 will parse @samp{foo(1, 2, 3, 4)} as @samp{bar([1, 2, 3, 4])}, and
15376 @samp{foo(1, 2; 3, 4)} as @samp{matrix([[1, 2], [3, 4]])}.  Also, after
15377 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15378 @samp{foo(1, 2, 3)} as @samp{matrix([[1, 2, 3]])}, since the first
15379 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15381 @example
15382 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15383 @end example
15385 @noindent
15386 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15387 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15389 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15390 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15391 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15393 @example
15394 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15395 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15396 @end example
15398 @noindent
15399 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15400 which will always be an empty vector, but in the second case no
15401 empty vector is produced.
15403 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15404 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15405 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15406 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 @key{RET}}, omitting
15407 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15408 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15409 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15410 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15411 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15412 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15413 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15414 as optional.
15416 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15417 patterns will not work as you might expect:
15419 @example
15420 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15421 @end example
15423 @noindent
15424 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15425 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15426 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15427 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15428 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15429 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15430 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15432 @example
15433 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15434 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15435 @end example
15437 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15438 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15439 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15440 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15441 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15442 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15443 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15445 @node Conditional Syntax Rules, , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15446 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15448 @noindent
15449 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15450 example, the rules
15452 @example
15453 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15454 foo ( # ) := gfoo(#1)
15455 @end example
15457 @noindent
15458 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15459 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15460 number of conditions may be attached; all must be true for the
15461 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15462 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15463 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15465 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15466 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15467 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15468 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15469 as if by the @w{@kbd{a s}} algebra command (@pxref{Simplifying Formulas}).
15470 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15471 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15472 results of all conditions are true, the expression (such as
15473 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15474 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15475 goes on to try the next rule in the syntax table.
15477 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15478 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15479 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15480 condition is always true, but as a side effect it defines a
15481 variable which can be used in later conditions, and also in the
15482 expression after the @samp{:=} sign:
15484 @example
15485 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15486 @end example
15488 @noindent
15489 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15490 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15491 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15492 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15494 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15495 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15496 rules.
15498 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15499 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15500 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15501 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15502 conditions and in the result expression.  The arguments to
15503 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15505 @example
15506 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15507 @end example
15509 @noindent
15510 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15511 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15512 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15513 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15514 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15515 normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15516 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15517 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15519 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15520 @section The @code{Modes} Variable
15522 @noindent
15523 @kindex m g
15524 @pindex calc-get-modes
15525 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15526 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15527 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15528 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15529 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15530 on the current mode settings.
15532 @cindex @code{Modes} variable
15533 @vindex Modes
15534 The modes vector is also available in the special variable
15535 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes @key{RET}}.
15536 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15537 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15538 command will continue to work, however.)
15540 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15541 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15542 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15543 a numeric prefix to the next command.)
15545 The elements of the modes vector are as follows:
15547 @enumerate
15548 @item
15549 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15551 @item
15552 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15554 @item
15555 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15556 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15558 @item
15559 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15561 @item
15562 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15563 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15564 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15565 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15566 command, but note that this may lose information:  For example,
15567 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15568 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15569 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15570 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15571 will still be frozen at 12 significant figures.
15573 @item
15574 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15575 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15577 @item
15578 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15580 @item 
15581 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15583 @item
15584 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15585 Command is @kbd{m p}.
15587 @item
15588 Matrix/scalar mode.  Default value is @i{-1}.  Value is 0 for scalar
15589 mode, @i{-2} for matrix mode, or @var{N} for @c{$N\times N$}
15590 @var{N}x@var{N} matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15592 @item
15593 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @i{-1} for off (@kbd{m O}),
15594 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15595 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15597 @item
15598 Infinite mode.  Default is @i{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15599 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15600 @end enumerate
15602 For example, the sequence @kbd{M-1 m g @key{RET} 2 + ~ p} increases the
15603 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15604 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15605 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15606 keyboard macro.)
15608 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ @key{DEL}} deletes all but the
15609 oldest (bottommost) stack entry.
15611 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15612 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15613 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
15614 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
15615 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
15616 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
15618 @node Calc Mode Line, , Modes Variable, Mode Settings
15619 @section The Calc Mode Line
15621 @noindent
15622 @cindex Mode line indicators
15623 This section is a summary of all symbols that can appear on the
15624 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
15625 stack window (or under an editing window in Embedded Mode).
15627 The basic mode line format is:
15629 @example
15630 --%%-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
15631 @end example
15633 The @samp{%%} is the Emacs symbol for ``read-only''; it shows that
15634 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
15635 as if it were text.
15637 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded Mode
15638 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
15639 that are in effect.
15641 The first mode is always the current precision, an integer.
15642 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
15643 @code{Rad}, or @code{Hms}.
15645 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
15646 on the mode line:
15648 @table @code
15649 @item Alg
15650 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
15652 @item Alg[(
15653 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
15655 @item Alg*
15656 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
15658 @item Symb
15659 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
15661 @item Matrix
15662 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15664 @item Matrix@var{n}
15665 Dimensioned matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}).
15667 @item Scalar
15668 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15670 @item Polar
15671 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
15673 @item Frac
15674 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
15676 @item Inf
15677 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
15679 @item +Inf
15680 Positive infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
15682 @item NoSimp
15683 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
15685 @item NumSimp
15686 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
15688 @item BinSimp@var{w}
15689 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
15691 @item AlgSimp
15692 Algebraic simplification mode (@kbd{m A}).
15694 @item ExtSimp
15695 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
15697 @item UnitSimp
15698 Units simplification mode (@kbd{m U}).
15700 @item Bin
15701 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
15703 @item Oct
15704 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
15706 @item Hex
15707 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
15709 @item Radix@var{n}
15710 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
15712 @item Zero
15713 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
15715 @item Big
15716 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
15718 @item Flat
15719 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
15721 @item Unform
15722 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
15724 @item C
15725 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
15727 @item Pascal
15728 Pascal language mode (@kbd{d P}).
15730 @item Fortran
15731 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
15733 @item TeX
15734 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX Language Mode}).
15736 @item Eqn
15737 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
15739 @item Math
15740 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
15742 @item Maple
15743 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
15745 @item Norm@var{n}
15746 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
15748 @item Fix@var{n}
15749 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
15751 @item Sci
15752 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
15754 @item Sci@var{n}
15755 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
15757 @item Eng
15758 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
15760 @item Eng@var{n}
15761 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
15763 @item Left@var{n}
15764 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
15766 @item Right
15767 Right-justified display (@kbd{d >}).
15769 @item Right@var{n}
15770 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
15772 @item Center
15773 Centered display (@kbd{d =}).
15775 @item Center@var{n}
15776 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
15778 @item Wid@var{n}
15779 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
15781 @item Wide
15782 No line breaking (@kbd{d b}).
15784 @item Break
15785 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
15787 @item Save
15788 Record modes in @file{~/.emacs} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
15790 @item Local
15791 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15793 @item LocEdit
15794 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15796 @item LocPerm
15797 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15799 @item Global
15800 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15802 @item Manual
15803 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
15804 Recomputation}).
15806 @item Graph
15807 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
15809 @item Sel
15810 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
15812 @item Dirty
15813 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
15815 @item Inv
15816 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
15818 @item Hyp
15819 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
15821 @item Keep
15822 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
15824 @item Narrow
15825 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
15826 @end table
15828 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
15829 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
15831 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
15832 @chapter Arithmetic Functions
15834 @noindent
15835 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
15836 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
15837 commands work by removing the top one or two values from the stack,
15838 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
15839 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
15840 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
15841 is illegal) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
15843 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
15844 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
15845 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
15847 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
15848 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
15849 interpret a prefix argument.
15851 @menu
15852 * Basic Arithmetic::
15853 * Integer Truncation::
15854 * Complex Number Functions::
15855 * Conversions::
15856 * Date Arithmetic::
15857 * Financial Functions::
15858 * Binary Functions::
15859 @end menu
15861 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
15862 @section Basic Arithmetic
15864 @noindent
15865 @kindex +
15866 @pindex calc-plus
15867 @ignore
15868 @mindex @null
15869 @end ignore
15870 @tindex +
15871 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
15872 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
15873 onto the stack.
15875 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
15876 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
15877 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
15878 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
15879 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
15880 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
15881 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
15882 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
15883 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
15884 to every element of a vector.
15886 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
15887 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
15888 the current Polar Mode determines the form of the result.  If Symbolic
15889 Mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
15890 conversions for polar addition are non-trivial.
15892 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
15893 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
15894 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
15895 degrees or radians (depending on the current Angular Mode) to HMS format
15896 and then the two HMS forms are added.
15898 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
15899 real number, which advances the date by a certain number of days, or
15900 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
15901 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
15902 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
15903 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
15904 negative of a date form can be understood by remembering that dates
15905 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
15907 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
15908 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
15909 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
15910 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
15911 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
15912 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
15913 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
15914 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
15916 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @cite{M},
15917 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
15918 result is a modulo form which represents the sum, modulo @cite{M}, of
15919 the two values.
15921 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
15922 which describes all possible sums of the possible input values.  If
15923 one argument is a plain number, it is treated as the interval
15924 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
15926 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
15927 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
15928 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
15929 infinite in different directions the result is @code{nan}.
15931 @kindex -
15932 @pindex calc-minus
15933 @ignore
15934 @mindex @null
15935 @end ignore
15936 @tindex -
15937 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
15938 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
15939 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @i{-3}.  All options
15940 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
15942 @kindex *
15943 @pindex calc-times
15944 @ignore
15945 @mindex @null
15946 @end ignore
15947 @tindex *
15948 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
15949 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
15950 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
15951 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
15952 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
15953 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
15954 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
15955 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
15956 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
15958 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
15959 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
15960 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
15961 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
15962 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
15963 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
15964 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
15965 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
15967 @kindex /
15968 @pindex calc-divide
15969 @ignore
15970 @mindex @null
15971 @end ignore
15972 @tindex /
15973 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.  When
15974 dividing a scalar @cite{B} by a square matrix @cite{A}, the computation
15975 performed is @cite{B} times the inverse of @cite{A}.  This also occurs
15976 if @cite{B} is itself a vector or matrix, in which case the effect is
15977 to solve the set of linear equations represented by @cite{B}.  If @cite{B}
15978 is a matrix with the same number of rows as @cite{A}, or a plain vector
15979 (which is interpreted here as a column vector), then the equation
15980 @cite{A X = B} is solved for the vector or matrix @cite{X}.  Otherwise,
15981 if @cite{B} is a non-square matrix with the same number of @emph{columns}
15982 as @cite{A}, the equation @cite{X A = B} is solved.  If you wish a vector
15983 @cite{B} to be interpreted as a row vector to be solved as @cite{X A = B},
15984 make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1 v p} first.  To force a
15985 left-handed solution with a square matrix @cite{B}, transpose @cite{A} and
15986 @cite{B} before dividing, then transpose the result.
15988 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
15989 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
15990 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
15991 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
15992 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
15993 interval.
15995 @kindex ^
15996 @pindex calc-power
15997 @ignore
15998 @mindex @null
15999 @end ignore
16000 @tindex ^
16001 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
16002 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
16003 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
16004 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
16005 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
16006 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16008 @kindex I ^
16009 @tindex nroot
16010 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16011 computes an Nth root:  @kbd{125 @key{RET} 3 I ^} computes the number 5.
16012 (This is entirely equivalent to @kbd{125 @key{RET} 1:3 ^}.)
16014 @kindex \
16015 @pindex calc-idiv
16016 @tindex idiv
16017 @ignore
16018 @mindex @null
16019 @end ignore
16020 @tindex \
16021 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16022 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16023 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16024 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16025 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16026 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16028 @kindex %
16029 @pindex calc-mod
16030 @ignore
16031 @mindex @null
16032 @end ignore
16033 @tindex %
16034 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16035 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16036 for all real numbers @cite{a} and @cite{b} (except @cite{b=0}).  For
16037 positive @cite{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16038 @cite{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16039 If @cite{a} is a modulo form, its modulo is changed to @cite{b}, which
16040 must be positive real number.
16042 @kindex :
16043 @pindex calc-fdiv
16044 @tindex fdiv
16045 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) command [@code{fdiv} function in a formula]
16046 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16047 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction Mode (with
16048 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16049 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16050 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16051 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16052 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16054 @kindex n
16055 @pindex calc-change-sign
16056 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16057 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16058 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16060 @kindex A
16061 @pindex calc-abs
16062 @tindex abs
16063 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16064 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16065 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16066 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16067 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16068 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16069 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16070 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16071 an interval is defined in the obvious way.
16073 @kindex f A
16074 @pindex calc-abssqr
16075 @tindex abssqr
16076 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16077 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16079 @kindex f s
16080 @pindex calc-sign
16081 @tindex sign
16082 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16083 argument is positive, @i{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16084 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16085 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16086 zero depending on the sign of @samp{a}.
16088 @kindex &
16089 @pindex calc-inv
16090 @tindex inv
16091 @cindex Reciprocal
16092 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16093 reciprocal of a number, i.e., @cite{1 / x}.  Operating on a square
16094 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16096 @kindex Q
16097 @pindex calc-sqrt
16098 @tindex sqrt
16099 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16100 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16101 complex number whose form is determined by the current Polar Mode.
16103 @kindex f h
16104 @pindex calc-hypot
16105 @tindex hypot
16106 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16107 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16108 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @cite{a}
16109 and @cite{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16110 magnitudes are used.
16112 @kindex f Q
16113 @pindex calc-isqrt
16114 @tindex isqrt
16115 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16116 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16117 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16118 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16119 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16120 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16121 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16123 @kindex f n
16124 @kindex f x
16125 @pindex calc-min
16126 @tindex min
16127 @pindex calc-max
16128 @tindex max
16129 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16130 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16131 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16132 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16133 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16134 all the arguments.)@refill
16136 @kindex f M
16137 @kindex f X
16138 @pindex calc-mant-part
16139 @tindex mant
16140 @pindex calc-xpon-part
16141 @tindex xpon
16142 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16143 the ``mantissa'' part @cite{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16144 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16145 @cite{e}.  The original number is equal to @c{$m \times 10^e$}
16146 @cite{m * 10^e},
16147 where @cite{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16148 @cite{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16149 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16150 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16151 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16152 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16153 a multiple of ten (again except for the @cite{m=e=0} case).@refill
16155 @kindex f S
16156 @pindex calc-scale-float
16157 @tindex scf
16158 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16159 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16160 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16161 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16162 or @samp{1:20} depending on the current Fraction Mode.@refill
16164 @kindex f [
16165 @kindex f ]
16166 @pindex calc-decrement
16167 @pindex calc-increment
16168 @tindex decr
16169 @tindex incr
16170 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16171 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16172 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16173 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16174 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16175 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16176 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16177 @samp{0.0} produces @c{$10^{-p}$}
16178 @cite{10^-p}, where @cite{p} is the current
16179 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16180 With numeric prefix arguments, they change the number by @cite{n} units.
16182 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16183 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16184 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16185 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16186 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16187 way floating-point numbers work.
16189 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16190 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16192 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16193 @section Integer Truncation
16195 @noindent
16196 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16197 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16198 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16199 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16200 to integer form.
16202 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16203 expressed as an integer-valued floating-point number.
16205 @cindex Integer part of a number
16206 @kindex F
16207 @pindex calc-floor
16208 @tindex floor
16209 @tindex ffloor
16210 @ignore
16211 @mindex @null
16212 @end ignore
16213 @kindex H F
16214 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16215 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16216 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16217 @i{-4}.@refill
16219 @kindex I F
16220 @pindex calc-ceiling
16221 @tindex ceil
16222 @tindex fceil
16223 @ignore
16224 @mindex @null
16225 @end ignore
16226 @kindex H I F
16227 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16228 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16229 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @i{-3}.@refill
16231 @kindex R
16232 @pindex calc-round
16233 @tindex round
16234 @tindex fround
16235 @ignore
16236 @mindex @null
16237 @end ignore
16238 @kindex H R
16239 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16240 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16241 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16242 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16243 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @i{-4}.@refill
16245 @kindex I R
16246 @pindex calc-trunc
16247 @tindex trunc
16248 @tindex ftrunc
16249 @ignore
16250 @mindex @null
16251 @end ignore
16252 @kindex H I R
16253 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16254 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16255 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16256 @kbd{_3.6 I R} produces @i{-3}.@refill
16258 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16259 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16260 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16261 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16262 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16263 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16265 @ignore
16266 @starindex
16267 @end ignore
16268 @tindex rounde
16269 @ignore
16270 @starindex
16271 @end ignore
16272 @tindex roundu
16273 @ignore
16274 @starindex
16275 @end ignore
16276 @tindex frounde
16277 @ignore
16278 @starindex
16279 @end ignore
16280 @tindex froundu
16281 There are two more rounding functions which can only be entered in
16282 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16283 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16284 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16285 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16286 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16287 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16288 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16289 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16290 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16291 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16292 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16293 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16294 argument will first have been rounded down to @cite{2.5} (which
16295 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16297 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16298 a second argument which specifies the number of digits after the
16299 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16300 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16301 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16302 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16303 no second argument at all.
16305 @cindex Fractional part of a number
16306 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16307 added to `@t{floor(}@var{n}@t{)}', will produce @var{n}) just take @var{n}
16308 modulo 1 using the @code{%} command.@refill
16310 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16311 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16312 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16313 arguments and return the result rounded down to an integer.
16315 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16316 @section Complex Number Functions
16318 @noindent
16319 @kindex J
16320 @pindex calc-conj
16321 @tindex conj
16322 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16323 complex conjugate of a number.  For complex number @cite{a+bi}, the
16324 complex conjugate is @cite{a-bi}.  If the argument is a real number,
16325 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16326 this command replaces each element by its complex conjugate.
16328 @kindex G
16329 @pindex calc-argument
16330 @tindex arg
16331 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16332 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16333 notation, this is simply the second component of the pair
16334 `@t{(}@var{r}@t{;}@c{$\theta$}
16335 @var{theta}@t{)}'.
16336 The result is expressed according to the current angular mode and will
16337 be in the range @i{-180} degrees (exclusive) to @i{+180} degrees
16338 (inclusive), or the equivalent range in radians.@refill
16340 @pindex calc-imaginary
16341 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16342 top of the stack by the imaginary number @cite{i = (0,1)}.  This
16343 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16344 on the @key{IMAG} button in Keypad Mode.
16346 @kindex f r
16347 @pindex calc-re
16348 @tindex re
16349 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16350 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16351 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16352 the value part.)@refill
16354 @kindex f i
16355 @pindex calc-im
16356 @tindex im
16357 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16358 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16359 or matrix argument, these functions operate element-wise.@refill
16361 @ignore
16362 @mindex v p
16363 @end ignore
16364 @kindex v p (complex)
16365 @pindex calc-pack
16366 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16367 the stack into a composite object such as a complex number.  With
16368 a prefix argument of @i{-1}, it produces a rectangular complex number;
16369 with an argument of @i{-2}, it produces a polar complex number.
16370 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16372 @ignore
16373 @mindex v u
16374 @end ignore
16375 @kindex v u (complex)
16376 @pindex calc-unpack
16377 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16378 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16379 into its separate components.
16381 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16382 @section Conversions
16384 @noindent
16385 The commands described in this section convert numbers from one form
16386 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16388 @kindex c f
16389 @pindex calc-float
16390 @tindex pfloat
16391 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16392 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16393 @cite{23} is converted to @cite{23.0}, @cite{3:2} is converted to
16394 @cite{1.5}, and @cite{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16395 object such as a complex number or vector, each of the components is
16396 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16397 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16398 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16399 format may lose information.@refill
16401 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16402 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16403 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16404 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16405 it does not notice that the thing being floated is a power.
16406 @xref{Selecting Subformulas}.
16408 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16409 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16410 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16411 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16413 @kindex H c f
16414 @tindex float
16415 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16416 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16417 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16418 is left unevaluated because its argument is not a number.
16420 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16421 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16422 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16423 that appear right now.
16425 @kindex c F
16426 @pindex calc-fraction
16427 @tindex pfrac
16428 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16429 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16430 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16431 input number, to within the current precision.  You can also give a
16432 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16433 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16434 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16435 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16436 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16437 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16438 fraction is correct to within that absolute amount.
16440 @kindex H c F
16441 @tindex frac
16442 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16443 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16444 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16446 @kindex c d
16447 @pindex calc-to-degrees
16448 @tindex deg
16449 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16450 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16451 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16452 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.@refill
16454 @kindex c r
16455 @pindex calc-to-radians
16456 @tindex rad
16457 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16458 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16460 @kindex c h
16461 @pindex calc-to-hms
16462 @tindex hms
16463 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16464 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16465 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16466 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16467 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16469 @pindex calc-from-hms
16470 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16471 stack into a real number according to the current angular mode.
16473 @kindex c p
16474 @kindex I c p
16475 @pindex calc-polar
16476 @tindex polar
16477 @tindex rect
16478 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16479 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16480 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16481 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16482 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16483 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16484 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16485 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)@refill
16487 @kindex c c
16488 @pindex calc-clean
16489 @tindex pclean
16490 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16491 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16492 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16493 components have strayed from the @i{-180} to @i{+180} degree range
16494 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16495 angular mode is different from the one under which the number was
16496 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16497 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16498 number (i.e., pervasively).@refill
16500 If the simplification mode is set below the default level, it is raised
16501 to the default level for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c}
16502 applies the default simplifications even if their automatic application
16503 is disabled.  @xref{Simplification Modes}.
16505 @cindex Roundoff errors, correcting
16506 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16507 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16508 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16509 prefix decreases the precision by the specified amount.
16511 @kindex c 0-9
16512 @pindex calc-clean-num
16513 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16514 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16515 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16516 decimal place often conveniently does the trick.
16518 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16519 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16520 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16521 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16522 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16523 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16524 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16526 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16527 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16528 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16529 does not clip small numbers.)
16531 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16532 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16533 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16534 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16535 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16536 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16538 @kindex H c 0-9
16539 @kindex H c c
16540 @tindex clean
16541 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16542 operate non-pervasively [@code{clean}].
16544 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16545 @section Date Arithmetic
16547 @noindent
16548 @cindex Date arithmetic, additional functions
16549 The commands described in this section perform various conversions
16550 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16551 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16552 letters.
16554 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16555 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16556 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16557 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16558 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16559 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16561 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16562 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16563 additional argument from the top of the stack.
16565 @menu
16566 * Date Conversions::
16567 * Date Functions::
16568 * Time Zones::
16569 * Business Days::
16570 @end menu
16572 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16573 @subsection Date Conversions
16575 @noindent
16576 @kindex t D
16577 @pindex calc-date
16578 @tindex date
16579 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16580 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD.  The
16581 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16582 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16583 argument is a number, it converts this number into a date form.
16585 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16586 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16587 of the following ways:
16589 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16590 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16591 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16592 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16593 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16594 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16595 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16596 month will be used.
16598 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16599 pure date form using the current year, as determined by the
16600 real-time clock.
16602 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16603 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
16605 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
16606 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
16607 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
16608 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
16609 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
16610 The last two arguments default to zero if omitted.
16612 @kindex t J
16613 @pindex calc-julian
16614 @tindex julian
16615 @cindex Julian day counts, conversions
16616 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
16617 a date form into a Julian day count, which is the number of days
16618 since noon on Jan 1, 4713 BC.  A pure date is converted to an integer
16619 Julian count representing noon of that day.  A date/time form is
16620 converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
16621 interpret the date form in the current time zone but the Julian
16622 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
16623 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
16624 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
16625 are never time-zone adjusted.
16627 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
16628 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
16629 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
16630 current or specified time zone.
16632 @kindex t U
16633 @pindex calc-unix-time
16634 @tindex unixtime
16635 @cindex Unix time format, conversions
16636 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
16637 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
16638 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
16639 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
16640 precisions, the result may be a float with (@var{precision}@minus{}12)
16641 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
16642 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
16643 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
16644 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
16645 suppress the adjustment if so.
16647 @kindex t C
16648 @pindex calc-convert-time-zones
16649 @tindex tzconv
16650 @cindex Time Zones, converting between
16651 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
16652 command converts a date form from one time zone to another.  You
16653 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
16654 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
16655 If you answer either prompt with a blank line, the local time
16656 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
16657 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
16658 stack (and the date to be converted from the third stack level).
16660 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
16661 @subsection Date Functions
16663 @noindent
16664 @kindex t N
16665 @pindex calc-now
16666 @tindex now
16667 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
16668 current date and time on the stack as a date form.  The time is
16669 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
16670 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
16672 @kindex t P
16673 @pindex calc-date-part
16674 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
16675 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
16676 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
16677 The various part codes are described in the following paragraphs.
16679 @tindex year
16680 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
16681 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
16682 following functions will also accept a real number for an
16683 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
16684 Note that this function will never return zero, since the year
16685 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
16687 @tindex month
16688 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
16689 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
16691 @tindex day
16692 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
16693 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
16695 @tindex hour
16696 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
16697 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
16698 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
16699 date form.  This function (and the following two) also accept
16700 HMS forms as input.
16702 @tindex minute
16703 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
16704 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
16706 @tindex second
16707 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
16708 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
16709 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
16710 precisions, the result may instead be a floating-point number.
16712 @tindex weekday
16713 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
16714 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
16715 to 6 (Saturday).
16717 @tindex yearday
16718 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
16719 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
16720 to 366 (December 31 of a leap year).
16722 @tindex time
16723 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
16724 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
16725 for a pure date form.
16727 @kindex t M
16728 @pindex calc-new-month
16729 @tindex newmonth
16730 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
16731 computes a new date form that represents the first day of the month
16732 specified by the input date.  The result is always a pure date
16733 form; only the year and month numbers of the input are retained.
16734 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
16735 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
16736 is greater than the actual number of days in the month, or if
16737 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
16739 @kindex t Y
16740 @pindex calc-new-year
16741 @tindex newyear
16742 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
16743 computes a new pure date form that represents the first day of
16744 the year specified by the input.  The month, day, and time
16745 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
16746 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
16747 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
16748 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
16749 year (December 31).  A negative prefix argument from @i{-1} to
16750 @i{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
16752 @kindex t W
16753 @pindex calc-new-week
16754 @tindex newweek
16755 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
16756 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
16757 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
16758 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
16759 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
16760 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
16762 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
16763 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
16764 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
16765 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
16766 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
16767 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
16768 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
16769 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
16770 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
16771 the time to midnight; hint:@: how can @code{newweek} be defined in terms
16772 of the @code{weekday} function?).
16774 @ignore
16775 @starindex
16776 @end ignore
16777 @tindex pwday
16778 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
16779 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
16780 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
16781 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
16782 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
16783 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
16784 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
16785 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
16786 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
16787 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
16788 for any day of the week instead of Sunday.
16790 @kindex t I
16791 @pindex calc-inc-month
16792 @tindex incmonth
16793 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
16794 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
16795 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
16796 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
16797 same, except that if the new month has fewer days the day
16798 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
16799 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
16800 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
16801 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
16802 in this case).
16804 @ignore
16805 @starindex
16806 @end ignore
16807 @tindex incyear
16808 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
16809 a date form by the specified number of years, which may be
16810 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
16811 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
16812 simple equivalents in terms of day arithmetic because
16813 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
16814 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
16815 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
16817 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
16818 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
16819 @code{incweek} simply use @cite{d + n} or @cite{d + 7 n}.
16821 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
16822 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
16824 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
16825 @subsection Business Days
16827 @noindent
16828 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
16829 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
16830 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
16831 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
16832 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
16833 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
16835 @kindex t +
16836 @kindex t -
16837 @tindex badd
16838 @tindex bsub
16839 @pindex calc-business-days-plus
16840 @pindex calc-business-days-minus
16841 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
16842 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
16843 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
16844 one argument must be a date form and the other must be a real
16845 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
16846 then a certain amount of time is added as well as a number of
16847 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
16848 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
16849 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
16850 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
16851 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
16852 case the result is the number of business days between the two
16853 dates.
16855 @cindex @code{Holidays} variable
16856 @vindex Holidays
16857 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
16858 Sunday to be a business day.  You can define any number of
16859 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
16860 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
16861 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
16862 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
16863 be any of the following kinds of objects:
16865 @itemize @bullet
16866 @item
16867 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
16868 particular days which are to be treated as holidays.
16870 @item
16871 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
16872 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
16874 @item
16875 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
16876 considered to be a holiday.
16878 @item
16879 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
16880 If the formula involves the variable @cite{y}, it stands for a
16881 yearly repeating holiday; @cite{y} will take on various year
16882 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
16883 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
16884 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
16885 If the formula involves the variable @cite{m}, that variable
16886 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
16887 a holiday that takes place on the 15th of every month.
16889 @item
16890 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
16891 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
16893 @item
16894 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
16895 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
16896 business-day arithmetic that goes outside this range will result
16897 in an error message.  Use this if you are including an explicit
16898 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
16899 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
16900 where the holidays you entered are complete.  If there is no
16901 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
16902 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
16903 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
16905 @item
16906 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
16907 are to be considered one business day.  For example, if this
16908 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
16909 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
16910 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
16911 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
16912 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
16913 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
16914 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
16915 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
16916 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
16917 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
16918 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
16919 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
16920 @end itemize
16922 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
16923 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
16924 then be no difference between business days and calendar days.
16926 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
16927 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
16928 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
16929 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
16930 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
16931 the number of holidays between two dates.)
16933 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
16934 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
16935 list between the smallest and largest years that have been involved
16936 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
16937 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
16938 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
16939 only a small range of years, Calc will still work out all the
16940 holidays that fall in that 200-year span.
16942 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
16943 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
16944 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
16945 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
16946 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
16947 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
16948 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
16949 difference between two dates one or both of which fall on holidays
16950 equals the number of actual business days between them.  These
16951 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
16952 business days to any date, the difference between the result and the
16953 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
16954 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
16955 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
16956 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
16958 @ignore
16959 @starindex
16960 @end ignore
16961 @tindex holiday
16962 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
16963 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
16964 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
16965 business day.
16967 @node Time Zones, , Business Days, Date Arithmetic
16968 @subsection Time Zones
16970 @noindent
16971 @cindex Time zones
16972 @cindex Daylight savings time
16973 Time zones and daylight savings time are a complicated business.
16974 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
16975 compute the correct time zone and daylight savings adjustment to use,
16976 provided they can figure out this information.  This section describes
16977 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
16978 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
16979 can't determine the right correction to use.
16981 Adjustments for time zones and daylight savings time are done by
16982 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
16983 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
16984 to exactly 30 days even though there is a daylight-savings
16985 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
16986 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
16987 and Unix date/times will adjust for daylight savings time:
16988 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
16989 evaluates to @samp{29.95834} (that's 29 days and 23 hours)
16990 because one hour was lost when daylight savings commenced on
16991 April 7, 1991.
16993 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
16994 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
16995 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
16996 days between two dates without taking daylight savings into account.
16998 @pindex calc-time-zone
16999 @ignore
17000 @starindex
17001 @end ignore
17002 @tindex tzone
17003 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
17004 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
17005 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
17006 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
17007 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
17008 Daylight Savings time is in effect, one hour should be subtracted from
17009 the normal difference.
17011 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
17012 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
17013 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
17014 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
17015 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
17016 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
17017 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
17018 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
17019 (for Pacific standard and daylight savings times, respectively).
17021 North American and European time zone names are defined as follows;
17022 note that for each time zone there is one name for standard time,
17023 another for daylight savings time, and a third for ``generalized'' time
17024 in which the daylight savings adjustment is computed from context.
17026 @smallexample
17027 @group
17028 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17029  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17031 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17032  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17034 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17035 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17036 @end group
17037 @end smallexample
17039 @vindex math-tzone-names
17040 To define time zone names that do not appear in the above table,
17041 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17042 is a list of lists describing the different time zone names; its
17043 structure is best explained by an example.  The three entries for
17044 Pacific Time look like this:
17046 @smallexample
17047 @group
17048 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17049   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight savings adjustment.
17050   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17051 @end group
17052 @end smallexample
17054 @cindex @code{TimeZone} variable
17055 @vindex TimeZone
17056 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} obtains an
17057 argument from the Calc variable @code{TimeZone} if a value has been
17058 stored for that variable.  If not, Calc runs the Unix @samp{date}
17059 command and looks for one of the above time zone names in the output;
17060 if this does not succeed, @samp{tzone()} leaves itself unevaluated.
17061 The time zone name in the @samp{date} output may be followed by a signed
17062 adjustment, e.g., @samp{GMT+5} or @samp{GMT+0500} which specifies a
17063 number of hours and minutes to be added to the base time zone.
17064 Calc stores the time zone it finds into @code{TimeZone} to speed
17065 later calls to @samp{tzone()}.
17067 The special time zone name @code{local} is equivalent to no argument,
17068 i.e., it uses the local time zone as obtained from the @code{date}
17069 command.
17071 If the time zone name found is one of the standard or daylight
17072 savings zone names from the above table, and Calc's internal
17073 daylight savings algorithm says that time and zone are consistent
17074 (e.g., @code{PDT} accompanies a date that Calc's algorithm would also
17075 consider to be daylight savings, or @code{PST} accompanies a date
17076 that Calc would consider to be standard time), then Calc substitutes
17077 the corresponding generalized time zone (like @code{PGT}).
17079 If your system does not have a suitable @samp{date} command, you
17080 may wish to put a @samp{(setq var-TimeZone ...)} in your Emacs
17081 initialization file to set the time zone.  The easiest way to do
17082 this is to edit the @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T}
17083 command, then use the @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable})
17084 command to save the value of @code{TimeZone} permanently.
17086 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17087 arguments do the same thing as @samp{tzone()}.  If the current
17088 time zone is a generalized time zone, e.g., @code{EGT}, Calc
17089 examines the date being converted to tell whether to use standard
17090 or daylight savings time.  But if the current time zone is explicit,
17091 e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is used exactly
17092 and Calc's daylight savings algorithm is not consulted.
17094 Some places don't follow the usual rules for daylight savings time.
17095 The state of Arizona, for example, does not observe daylight savings
17096 time.  If you run Calc during the winter season in Arizona, the
17097 Unix @code{date} command will report @code{MST} time zone, which
17098 Calc will change to @code{MGT}.  If you then convert a time that
17099 lies in the summer months, Calc will apply an incorrect daylight
17100 savings time adjustment.  To avoid this, set your @code{TimeZone}
17101 variable explicitly to @code{MST} to force the use of standard,
17102 non-daylight-savings time.
17104 @vindex math-daylight-savings-hook
17105 @findex math-std-daylight-savings
17106 By default Calc always considers daylight savings time to begin at
17107 2 a.m.@: on the first Sunday of April, and to end at 2 a.m.@: on the
17108 last Sunday of October.  This is the rule that has been in effect
17109 in North America since 1987.  If you are in a country that uses
17110 different rules for computing daylight savings time, you have two
17111 choices:  Write your own daylight savings hook, or control time
17112 zones explicitly by setting the @code{TimeZone} variable and/or
17113 always giving a time-zone argument for the conversion functions.
17115 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17116 name of a function that is used to compute the daylight savings
17117 adjustment for a given date.  The default is
17118 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17119 (either 0 or @i{-1}) using the North American rules given above.
17121 The daylight savings hook function is called with four arguments:
17122 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17123 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17124 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17125 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17126 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17127 converting into a generalized time zone (see below).
17129 @findex math-prev-weekday-in-month
17130 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17131 daylight savings computations.  This is an internal version of
17132 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17133 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17134 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17135 and the weekday number (0-6).
17137 The default daylight savings hook ignores the time zone name, but a
17138 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17139 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17140 depending on the year number, but the default hook always uses the
17141 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17142 daylight savings hook:
17144 @smallexample
17145 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17146   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17147         ((= (nth 1 dt) 4)
17148          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17149            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17150                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17151                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17152                  (t -1))))
17153         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17154         ((= (nth 1 dt) 10)
17155          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17156            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17157                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17158                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17159                  (t 0))))
17160         (t 0))
17162 @end smallexample
17164 @noindent
17165 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17166 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17167 It is @i{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17168 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17169 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17171 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17172 beginning of daylight savings time; converting a date/time form that
17173 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17174 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight savings time, the
17175 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17176 form that falls in in this hour results in a time value for the first
17177 manifestion of that time (@emph{not} the one that occurs one hour later).
17179 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17180 daylight savings adjustment is always taken to be zero.
17182 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17183 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17184 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17185 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17186 daylight savings computation is applied to it as it appears.
17187 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17188 daylight-savings version of @var{zone} before being given to
17189 the daylight savings hook.  This odd-sounding rule ensures
17190 that the daylight-savings computation is always done in
17191 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17192 is typically represented in.
17194 @ignore
17195 @starindex
17196 @end ignore
17197 @tindex dsadj
17198 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17199 daylight savings adjustment that is appropriate for @var{date} in
17200 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17201 daylight savings time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17202 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17203 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17204 the computation is done for the current time zone.
17206 @xref{Reporting Bugs}, for the address of Calc's author, if you
17207 should wish to contribute your improved versions of
17208 @code{math-tzone-names} and @code{math-daylight-savings-hook}
17209 to the Calc distribution.
17211 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17212 @section Financial Functions
17214 @noindent
17215 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17216 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17217 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17219 Note that the rate and the number of intervals given to these
17220 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17221 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17222 in months will give you very wrong answers!
17224 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17225 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17226 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17227 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17229 @menu
17230 * Percentages::
17231 * Future Value::
17232 * Present Value::
17233 * Related Financial Functions::
17234 * Depreciation Functions::
17235 * Definitions of Financial Functions::
17236 @end menu
17238 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17239 @subsection Percentages
17241 @kindex M-%
17242 @pindex calc-percent
17243 @tindex %
17244 @tindex percent
17245 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17246 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17247 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17248 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17250 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17251 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17252 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17253 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17254 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17255 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17256 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17257 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17259 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17260 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17261 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17262 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17263 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17264 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17266 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17267 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17268 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17269 represents a rate of 540 percent!
17271 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17272 For example, @kbd{68 @key{RET} 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17273 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17275 @kindex c %
17276 @pindex calc-convert-percent
17277 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17278 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17279 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17280 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17281 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17282 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17283 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17285 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17286 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 @key{RET} 68 / c %}} displays
17287 @samp{25%}.
17289 @kindex b %
17290 @pindex calc-percent-change
17291 @tindex relch
17292 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17293 calculates the percentage change from one number to another.
17294 For example, @kbd{40 @key{RET} 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17295 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17296 decrease:  @kbd{50 @key{RET} 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17297 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17298 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17299 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17300 of @kbd{40 @key{RET} 50 b %} is to compute @cite{(50-40)/40}, converting
17301 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17303 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17304 @subsection Future Value
17306 @noindent
17307 @kindex b F
17308 @pindex calc-fin-fv
17309 @tindex fv
17310 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17311 the future value of an investment.  It takes three arguments
17312 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17313 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17314 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17315 year, then this function tells you what your investment would be
17316 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17317 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17318 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17319 occur at the @emph{end} of each interval.
17321 @kindex I b F
17322 @tindex fvb
17323 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17324 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17325 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17326 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17327 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17328 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17329 Using the stack, this calculation would have been
17330 @kbd{5.4 M-% 5 @key{RET} 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17331 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17333 @kindex H b F
17334 @tindex fvl
17335 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17336 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17337 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17338 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17340 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17341 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17342 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17343 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17344 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.@refill
17346 To illustrate the relationships between these functions, we could
17347 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17348 final balance will be the sum of the contributions of our five
17349 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17350 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17351 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17352 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17353 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17354 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17355 by @code{fvb} directly.
17357 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17358 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17359 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17360 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17361 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17362 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @cite{5569.96 =
17363 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17365 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17366 @subsection Present Value
17368 @noindent
17369 @kindex b P
17370 @pindex calc-fin-pv
17371 @tindex pv
17372 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17373 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17374 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17375 It computes the present value of a series of regular payments.
17376 Suppose you have the chance to make an investment that will
17377 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17378 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17379 You want to know whether it is better to make the investment, or
17380 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17381 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17382 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17383 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17384 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17386 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17387 trying to compare the return from the investment you are
17388 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17389 the return from leaving the money in the bank, which is
17390 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17391 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17392 finds the break-even point, @cite{x = 6479.44}, at which
17393 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17394 the largest amount you should be willing to invest.
17396 @kindex I b P
17397 @tindex pvb
17398 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17399 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17400 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17401 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17402 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17403 earning interest on the return from our investment sooner.
17405 @kindex H b P
17406 @tindex pvl
17407 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17408 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17409 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17410 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17411 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17412 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17413 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17415 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17416 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17417 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17419 @kindex b N
17420 @pindex calc-fin-npv
17421 @tindex npv
17422 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17423 the net present value of a series of irregular investments.
17424 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17425 a vector which represents the expected return from the investment
17426 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17427 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17428 from the first year, second year, and so on.
17430 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17431 Obviously this function is more interesting when the payments are
17432 not all the same!
17434 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17435 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17436 vector statistical functions like @code{vsum}.
17437 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17438 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17439 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17440 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17441 payment values or vectors to take from the stack.@refill
17443 @kindex I b N
17444 @tindex npvb
17445 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17446 value where payments occur at the beginning of each interval
17447 rather than at the end.
17449 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17450 @subsection Related Financial Functions
17452 @noindent
17453 The functions in this section are basically inverses of the
17454 present value functions with respect to the various arguments.
17456 @kindex b M
17457 @pindex calc-fin-pmt
17458 @tindex pmt
17459 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17460 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17461 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17462 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17463 @var{payment}) = @var{amount}}.@refill
17465 @kindex I b M
17466 @tindex pmtb
17467 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17468 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17469 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17470 represents an initial lump-sum investment.
17472 @kindex H b M
17473 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17474 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17476 @kindex b #
17477 @pindex calc-fin-nper
17478 @tindex nper
17479 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17480 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17481 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17482 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17483 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17484 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17485 the @code{nper} function is left in symbolic form.@refill
17487 @kindex I b #
17488 @tindex nperb
17489 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17490 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17491 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17492 rather slow in the four-argument case.@refill
17494 @kindex H b #
17495 @tindex nperl
17496 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17497 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17498 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17499 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17500 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.@refill
17502 @kindex b T
17503 @pindex calc-fin-rate
17504 @tindex rate
17505 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17506 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17507 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17508 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17509 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.@refill
17511 @kindex I b T
17512 @kindex H b T
17513 @tindex rateb
17514 @tindex ratel
17515 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17516 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17517 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17518 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17519 To redo the above example from a different perspective,
17520 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17521 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.@refill
17523 @kindex b I
17524 @pindex calc-fin-irr
17525 @tindex irr
17526 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17527 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17528 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17529 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17530 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17532 @kindex I b I
17533 @tindex irrb
17534 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17535 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17537 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17538 @subsection Depreciation Functions
17540 @noindent
17541 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17542 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17543 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17544 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17545 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17546 (or other periods) of the expected useful life.
17548 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17549 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17551 @kindex b S
17552 @pindex calc-fin-sln
17553 @tindex sln
17554 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17555 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17556 by the same amount every year (or period).  For example,
17557 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17558 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17559 per year.
17561 @kindex b Y
17562 @pindex calc-fin-syd
17563 @tindex syd
17564 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17565 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17566 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17567 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17568 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17569 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17570 return zero.
17572 @kindex b D
17573 @pindex calc-fin-ddb
17574 @tindex ddb
17575 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17576 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17577 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17579 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17580 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17581 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17583 For example, pushing the vector @cite{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17584 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17585 ddb(12000,2000,5,$)] @key{RET}} produces a matrix that allows us to compare
17586 the three depreciation methods:
17588 @example
17589 @group
17590 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17591   [ 2000, 2667, 2880 ]
17592   [ 2000, 2000, 1728 ]
17593   [ 2000, 1333,  592 ]
17594   [ 2000,  667,   0  ] ]
17595 @end group
17596 @end example
17598 @noindent
17599 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
17600 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
17601 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
17602 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
17604 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @cite{[10000, 10000, 10000]};
17605 the total depreciation in any method is (by definition) the
17606 difference between the cost and the salvage value.
17608 @node Definitions of Financial Functions, , Depreciation Functions, Financial Functions
17609 @subsection Definitions
17611 @noindent
17612 For your reference, here are the actual formulas used to compute
17613 Calc's financial functions.
17615 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
17616 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
17617 be a variable.  Calc expands these functions according to the
17618 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
17619 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
17620 integrals or solving equations involving the functions.
17622 @ifinfo
17623 These formulas are shown using the conventions of ``Big'' display
17624 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
17625 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
17627 @example
17628                                         n
17629                               (1 + rate)  - 1
17630 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
17631                                    rate
17633                                          n
17634                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
17635 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
17636                                          rate
17638                                         n
17639 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17641                                             -n
17642                               1 - (1 + rate)  
17643 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
17644                                     rate
17646                                              -n
17647                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17648 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
17649                                          rate
17651                                         -n
17652 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17654                                     -1               -2               -3
17655 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17657                                         -1               -2
17658 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17660                                              -n
17661                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17662 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
17663                                              -n
17664                                1 - (1 + rate)
17666                                              -n
17667                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17668 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
17669                                         -n
17670                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17672                                    amt * rate
17673 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
17674                                       pmt
17676                                     amt * rate
17677 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
17678                                   pmt * (1 + rate)
17680                               amt
17681 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
17682                               pmt
17684                            1/n
17685                         pmt
17686 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
17687                            1/n
17688                         amt
17690                         cost - salv
17691 sln(cost, salv, life) = -----------
17692                            life
17694                              (cost - salv) * (life - per + 1)
17695 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
17696                                   life * (life + 1) / 2
17698                              book * 2
17699 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
17700                                life
17701 @end example
17702 @end ifinfo
17703 @tex
17704 \turnoffactive
17705 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
17706 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
17707 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
17708 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
17709 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
17710 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
17711 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
17712 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
17713 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
17714 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
17715                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
17716 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
17717 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
17718 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
17719 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
17720 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
17721 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
17722 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
17723 @end tex
17725 @noindent
17726 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @cite{x=0} if omitted.
17728 These functions accept any numeric objects, including error forms,
17729 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
17730 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
17731 all sorts of inputs.
17733 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
17734 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
17735 returning a (financially meaningless) complex number.
17737 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
17738 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
17739 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
17740 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
17741 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
17742 directly; its formula is shown in the above list.
17744 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
17745 for @samp{rate}.
17747 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
17748 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
17749 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
17751 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
17752 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
17753 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
17755 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
17756 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
17757 formula for the specified number of periods.  If the book value
17758 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
17759 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
17760 function returns the amount the book value decreased in the specified
17761 period.
17763 The Calc financial function names were borrowed mostly from Microsoft
17764 Excel and Borland's Quattro.  The @code{ratel} function corresponds to
17765 @samp{@@CGR} in Borland's Reflex.  The @code{nper} and @code{nperl}
17766 functions correspond to @samp{@@TERM} and @samp{@@CTERM} in Quattro,
17767 respectively.  Beware that the Calc functions may take their arguments
17768 in a different order than the corresponding functions in your favorite
17769 spreadsheet.
17771 @node Binary Functions, , Financial Functions, Arithmetic
17772 @section Binary Number Functions
17774 @noindent
17775 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
17776 the @kbd{b} prefix.
17778 @cindex Binary numbers
17779 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
17780 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
17781 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
17782 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
17783 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
17785 @cindex Word size for binary operations
17786 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @cite{w}, an
17787 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
17788 of the binary operations described here operate modulo @cite{2^w}.  In
17789 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
17790 @cite{2^w} by all binary functions.@refill
17792 If the word size is negative, binary operations produce 2's complement
17793 integers from @c{$-2^{-w-1}$}
17794 @cite{-(2^(-w-1))} to @c{$2^{-w-1}-1$}
17795 @cite{2^(-w-1)-1} inclusive.  Either
17796 mode accepts inputs in any range; the sign of @cite{w} affects only
17797 the results produced.
17799 @kindex b c
17800 @pindex calc-clip
17801 @tindex clip
17802 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
17803 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
17804 @cite{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
17805 their results to the current word size.  Note that other operations like
17806 addition do not use the current word size, since integer addition
17807 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
17808 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
17809 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
17810 size of @i{-8} @kbd{b c} converts to the range @i{-128} to 127.@refill
17812 @kindex b w
17813 @pindex calc-word-size
17814 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
17815 rotates allow you to specify a different word size for that one
17816 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
17817 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
17818 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
17819 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
17820 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
17822 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
17823 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
17824 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
17825 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
17826 @i{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
17827 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
17828 integer-valued floats.
17830 If either or both arguments are modulo forms for which @cite{M} is a
17831 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
17832 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
17833 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
17835 @kindex b a
17836 @pindex calc-and
17837 @tindex and
17838 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
17839 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
17840 of the @cite{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
17841 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
17842 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
17844 @kindex b o
17845 @pindex calc-or
17846 @tindex or
17847 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
17848 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
17849 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
17851 @kindex b x
17852 @pindex calc-xor
17853 @tindex xor
17854 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
17855 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
17856 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
17858 @kindex b d
17859 @pindex calc-diff
17860 @tindex diff
17861 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
17862 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
17863 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
17865 @kindex b n
17866 @pindex calc-not
17867 @tindex not
17868 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
17869 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
17871 @kindex b l
17872 @pindex calc-lshift-binary
17873 @tindex lsh
17874 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
17875 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17876 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
17877 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
17878 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
17879 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
17881 @kindex H b l
17882 @kindex H b r
17883 @ignore
17884 @mindex @idots
17885 @end ignore
17886 @kindex H b L
17887 @ignore
17888 @mindex @null
17889 @end ignore
17890 @kindex H b R
17891 @ignore
17892 @mindex @null
17893 @end ignore
17894 @kindex H b t
17895 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
17896 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
17897 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
17898 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
17899 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
17901 @kindex b r
17902 @pindex calc-rshift-binary
17903 @tindex rsh
17904 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
17905 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17906 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
17908 @kindex b L
17909 @pindex calc-lshift-arith
17910 @tindex ash
17911 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
17912 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
17913 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
17914 is performed as described below.
17916 @kindex b R
17917 @pindex calc-rshift-arith
17918 @tindex rash
17919 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
17920 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
17921 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
17922 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
17923 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
17924 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
17925 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
17926 performs a standard left shift.
17928 @kindex b t
17929 @pindex calc-rotate-binary
17930 @tindex rot
17931 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
17932 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
17933 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
17934 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
17935 or right.
17937 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
17938 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
17939 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
17940 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
17941 bits in a binary integer.
17943 Another interesting use of the set representation of binary integers
17944 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
17945 unpack; type @kbd{31 @key{TAB} -} to replace each bit-number in the set
17946 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
17947 into a binary integer.
17949 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
17950 @chapter Scientific Functions
17952 @noindent
17953 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
17954 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
17955 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
17956 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
17958 @kindex P
17959 @pindex calc-pi
17960 @cindex @code{pi} variable
17961 @vindex pi
17962 @kindex H P
17963 @cindex @code{e} variable
17964 @vindex e
17965 @kindex I P
17966 @cindex @code{gamma} variable
17967 @vindex gamma
17968 @cindex Gamma constant, Euler's
17969 @cindex Euler's gamma constant
17970 @kindex H I P
17971 @cindex @code{phi} variable
17972 @cindex Phi, golden ratio
17973 @cindex Golden ratio
17974 One miscellanous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
17975 the value of @c{$\pi$}
17976 @cite{pi} (at the current precision) onto the stack.  With the
17977 Hyperbolic flag, it pushes the value @cite{e}, the base of natural logarithms.
17978 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant @c{$\gamma$}
17979 @cite{gamma} (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
17980 pushes the ``golden ratio'' @c{$\phi$}
17981 @cite{phi} (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
17982 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
17983 In Symbolic mode, these commands push the
17984 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
17985 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.@refill
17987 @ignore
17988 @mindex Q
17989 @end ignore
17990 @ignore
17991 @mindex I Q
17992 @end ignore
17993 @kindex I Q
17994 @tindex sqr
17995 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
17996 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
17997 computes the square of the argument.
17999 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
18000 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
18001 interpret a prefix argument.
18003 @menu
18004 * Logarithmic Functions::
18005 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
18006 * Advanced Math Functions::
18007 * Branch Cuts::
18008 * Random Numbers::
18009 * Combinatorial Functions::
18010 * Probability Distribution Functions::
18011 @end menu
18013 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
18014 @section Logarithmic Functions
18016 @noindent
18017 @kindex L
18018 @pindex calc-ln
18019 @tindex ln
18020 @ignore
18021 @mindex @null
18022 @end ignore
18023 @kindex I E
18024 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
18025 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
18026 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
18027 this is redundant with the @kbd{E} command.
18029 @kindex E
18030 @pindex calc-exp
18031 @tindex exp
18032 @ignore
18033 @mindex @null
18034 @end ignore
18035 @kindex I L
18036 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
18037 exponential, i.e., @cite{e} raised to the power of the number on the stack.
18038 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
18039 the @code{calc-ln} command.
18041 @kindex H L
18042 @kindex H E
18043 @pindex calc-log10
18044 @tindex log10
18045 @tindex exp10
18046 @ignore
18047 @mindex @null
18048 @end ignore
18049 @kindex H I L
18050 @ignore
18051 @mindex @null
18052 @end ignore
18053 @kindex H I E
18054 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18055 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18056 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18057 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18058 by @c{$\ln10$}
18059 @cite{ln(10)}.
18061 @kindex B
18062 @kindex I B
18063 @pindex calc-log
18064 @tindex log
18065 @tindex alog
18066 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18067 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18068 @c{$2^{10} = 1024$}
18069 @cite{2^10 = 1024}.  In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18070 will be either @cite{1:2} or @cite{0.5} depending on the current Fraction
18071 Mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18072 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18074 @kindex f I
18075 @pindex calc-ilog
18076 @tindex ilog
18077 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18078 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18079 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18080 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @cite{x} in the
18081 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18082 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18083 @samp{floor(log(x,b))}.
18085 @kindex f E
18086 @pindex calc-expm1
18087 @tindex expm1
18088 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18089 @c{$e^x - 1$}
18090 @cite{exp(x)-1}, but using an algorithm that produces a more accurate
18091 answer when the result is close to zero, i.e., when @c{$e^x$}
18092 @cite{exp(x)} is close
18093 to one.
18095 @kindex f L
18096 @pindex calc-lnp1
18097 @tindex lnp1
18098 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18099 @c{$\ln(x+1)$}
18100 @cite{ln(x+1)}, producing a more accurate answer when @cite{x} is close
18101 to zero.
18103 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18104 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18106 @noindent
18107 @kindex S
18108 @pindex calc-sin
18109 @tindex sin
18110 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18111 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18112 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18113 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18114 on complex numbers.@refill
18116 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18117 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18118 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18119 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18120 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18122 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18123 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18124 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command recognizes many such
18125 formulas when the current angular mode is radians @emph{and} symbolic
18126 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18127 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18128 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18129 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18130 the form @cite{x} plus a multiple of @c{$\pi/2$}
18131 @cite{pi/2} are also simplified.
18132 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.@refill
18134 The @kbd{a s} command knows all angles which are integer multiples of
18135 @c{$\pi/12$}
18136 @cite{pi/12}, @c{$\pi/10$}
18137 @cite{pi/10}, or @c{$\pi/8$}
18138 @cite{pi/8} radians.  In degrees mode,
18139 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18140 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18142 @kindex I S
18143 @pindex calc-arcsin
18144 @tindex arcsin
18145 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18146 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18147 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18148 notation depending on the current angular mode.
18150 @kindex H S
18151 @pindex calc-sinh
18152 @tindex sinh
18153 @kindex H I S
18154 @pindex calc-arcsinh
18155 @tindex arcsinh
18156 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18157 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18158 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18159 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18161 @kindex C
18162 @pindex calc-cos
18163 @tindex cos
18164 @ignore
18165 @mindex @idots
18166 @end ignore
18167 @kindex I C
18168 @pindex calc-arccos
18169 @ignore
18170 @mindex @null
18171 @end ignore
18172 @tindex arccos
18173 @ignore
18174 @mindex @null
18175 @end ignore
18176 @kindex H C
18177 @pindex calc-cosh
18178 @ignore
18179 @mindex @null
18180 @end ignore
18181 @tindex cosh
18182 @ignore
18183 @mindex @null
18184 @end ignore
18185 @kindex H I C
18186 @pindex calc-arccosh
18187 @ignore
18188 @mindex @null
18189 @end ignore
18190 @tindex arccosh
18191 @ignore
18192 @mindex @null
18193 @end ignore
18194 @kindex T
18195 @pindex calc-tan
18196 @ignore
18197 @mindex @null
18198 @end ignore
18199 @tindex tan
18200 @ignore
18201 @mindex @null
18202 @end ignore
18203 @kindex I T
18204 @pindex calc-arctan
18205 @ignore
18206 @mindex @null
18207 @end ignore
18208 @tindex arctan
18209 @ignore
18210 @mindex @null
18211 @end ignore
18212 @kindex H T
18213 @pindex calc-tanh
18214 @ignore
18215 @mindex @null
18216 @end ignore
18217 @tindex tanh
18218 @ignore
18219 @mindex @null
18220 @end ignore
18221 @kindex H I T
18222 @pindex calc-arctanh
18223 @ignore
18224 @mindex @null
18225 @end ignore
18226 @tindex arctanh
18227 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18228 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18229 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18230 variants of these functions.
18232 @kindex f T
18233 @pindex calc-arctan2
18234 @tindex arctan2
18235 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18236 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18237 result is in the full range from @i{-180} (exclusive) to @i{+180}
18238 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18239 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18240 value would only be in the range from @i{-90} to @i{+90} degrees
18241 since the division loses information about the signs of the two
18242 components, and an error might result from an explicit division by zero
18243 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18244 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18246 @pindex calc-sincos
18247 @ignore
18248 @starindex
18249 @end ignore
18250 @tindex sincos
18251 @ignore
18252 @starindex
18253 @end ignore
18254 @ignore
18255 @mindex arc@idots
18256 @end ignore
18257 @tindex arcsincos
18258 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18259 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18260 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18261 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18262 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18263 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)@refill
18265 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18266 @section Advanced Mathematical Functions
18268 @noindent
18269 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18270 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18271 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18272 will work to arbitrarily large precisions.  They can not at present
18273 handle error forms or intervals as arguments.
18275 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18276 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18277 current precision comfortably higher than you actually need when
18278 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18279 slow for some values of the arguments.
18281 @kindex f g
18282 @pindex calc-gamma
18283 @tindex gamma
18284 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18285 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18286 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18287 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18288 integral:  @c{$\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt$}
18289 @cite{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.
18290 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18292 @kindex f G
18293 @tindex gammaP
18294 @ignore
18295 @mindex @idots
18296 @end ignore
18297 @kindex I f G
18298 @ignore
18299 @mindex @null
18300 @end ignore
18301 @kindex H f G
18302 @ignore
18303 @mindex @null
18304 @end ignore
18305 @kindex H I f G
18306 @pindex calc-inc-gamma
18307 @ignore
18308 @mindex @null
18309 @end ignore
18310 @tindex gammaQ
18311 @ignore
18312 @mindex @null
18313 @end ignore
18314 @tindex gammag
18315 @ignore
18316 @mindex @null
18317 @end ignore
18318 @tindex gammaG
18319 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18320 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18321 the integral, @c{$P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)$}
18322 @cite{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18323 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @cite{a} (see the
18324 definition of the normal gamma function).
18326 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18327 The complement of @cite{P(a,x)}, called @cite{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18328 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18329 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18330 @cite{x} to infinity.
18332 @ifinfo
18333 The functions corresponding to the integrals that define @cite{P(a,x)}
18334 and @cite{Q(a,x)} but without the normalizing @cite{1/gamma(a)}
18335 factor are called @cite{g(a,x)} and @cite{G(a,x)}, respectively
18336 (where @cite{g} and @cite{G} represent the lower- and upper-case Greek
18337 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18338 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18339 @end ifinfo
18340 @tex
18341 \turnoffactive
18342 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18343 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18344 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18345 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18346 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18347 @end tex
18349 @kindex f b
18350 @pindex calc-beta
18351 @tindex beta
18352 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18353 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18354 @c{$B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)$}
18355 @cite{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)}, or by
18356 @c{$B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt$}
18357 @cite{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18359 @kindex f B
18360 @kindex H f B
18361 @pindex calc-inc-beta
18362 @tindex betaI
18363 @tindex betaB
18364 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18365 the incomplete beta function @cite{I(x,a,b)}.  It is defined by
18366 @c{$I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)$}
18367 @cite{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18368 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18369 un-normalized version [@code{betaB}].
18371 @kindex f e
18372 @kindex I f e
18373 @pindex calc-erf
18374 @tindex erf
18375 @tindex erfc
18376 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18377 error function @c{$\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt$}
18378 @cite{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18379 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18380 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18381 @c{$\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1$}
18382 @cite{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18384 @kindex f j
18385 @kindex f y
18386 @pindex calc-bessel-J
18387 @pindex calc-bessel-Y
18388 @tindex besJ
18389 @tindex besY
18390 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18391 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18392 functions of the first and second kinds, respectively.
18393 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18394 @cite{n} is often an integer, but is not required to be one.
18395 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18396 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18397 Use with care!@refill
18399 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18400 @section Branch Cuts and Principal Values
18402 @noindent
18403 @cindex Branch cuts
18404 @cindex Principal values
18405 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18406 defined for complex numbers as well as for reals.
18407 This section describes the values
18408 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18409 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18410 second edition, in these matters.  This section will describe each
18411 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18412 diagrams), consult Steele's book.
18414 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18415 changed between the first and second editions of Steele.  Versions of
18416 Calc starting with 2.00 follow the second edition.
18418 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18419 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18420 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18421 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18422 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18423 or II and IV for @code{arctanh}.
18425 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18426 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18427 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18428 and wait a while to get suitable answers from them.
18430 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @cite{a<0} and @cite{b} is small but positive
18431 or zero, the result is close to the @cite{+i} axis.  For @cite{b} small and
18432 negative, the result is close to the @cite{-i} axis.  The result always lies
18433 in the right half of the complex plane.
18435 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18436 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18437 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18438 negative real axis.
18440 The following table describes these branch cuts in another way.
18441 If the real and imaginary parts of @cite{z} are as shown, then
18442 the real and imaginary parts of @cite{f(z)} will be as shown.
18443 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18444 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18446 @smallexample
18447      z           sqrt(z)       ln(z)
18448 ----------------------------------------
18449    +,   0         +,  0       any, 0
18450    -,   0         0,  +       any, pi
18451    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18452    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18453 @end smallexample
18455 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18456 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18457 not evaluate to @i{-2} as you might expect, but to the complex
18458 number @cite{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18459 of @i{-8} (as is @cite{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18460 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18462 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18463 The branch cuts are on the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18465 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18466 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18467 the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18469 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18470 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18471 imaginary axis, below @cite{-i} and above @cite{i}.
18473 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18474 The branch cuts are on the imaginary axis, below @cite{-i} and
18475 above @cite{i}.
18477 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18478 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18479 real axis less than 1.
18481 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18482 The branch cuts are on the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18484 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18485 @code{arctan} assume the current angular mode is radians.  The
18486 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18488 @smallexample
18489        z             arcsin(z)            arccos(z)
18490 -------------------------------------------------------
18491  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18492  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18493  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18494    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18495    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18496    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18497     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18498     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18499     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18500 @end smallexample
18502 @smallexample
18503        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18504 -----------------------------------------------------
18505  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18506  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18507  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18508    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18509    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18510    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18511     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18512     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18513     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18514 @end smallexample
18516 @smallexample
18517        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18518 -----------------------------------------------------
18519    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18520    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18521  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18522  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18523    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18524  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18525  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18526 @end smallexample
18528 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18529 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18530 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18532 @smallexample
18533 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18534 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18535 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18536 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18537 @end smallexample
18539 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18540 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18541 are not rigorously specified at present.
18543 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18544 @section Random Numbers
18546 @noindent
18547 @kindex k r
18548 @pindex calc-random
18549 @tindex random
18550 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18551 random numbers of various sorts.
18553 Given a positive numeric prefix argument @cite{M}, it produces a random
18554 integer @cite{N} in the range @c{$0 \le N < M$}
18555 @cite{0 <= N < M}.  Each of the @cite{M}
18556 values appears with equal probability.@refill
18558 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18559 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @cite{M}
18560 the result is a random integer less than @cite{M}.  However, note that
18561 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @cite{M}
18562 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @cite{M} is negative,
18563 the result is a random integer in the range @c{$M < N \le 0$}
18564 @cite{M < N <= 0}.
18566 If the value on the stack is a floating-point number @cite{M}, the result
18567 is a random floating-point number @cite{N} in the range @c{$0 \le N < M$}
18568 @cite{0 <= N < M}
18569 or @c{$M < N \le 0$}
18570 @cite{M < N <= 0}, according to the sign of @cite{M}.
18572 If @cite{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
18573 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
18574 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
18575 every other call to this function will be especially fast.
18577 If @cite{M} is an error form @c{$m$ @code{+/-} $\sigma$}
18578 @samp{m +/- s} where @var{m}
18579 and @c{$\sigma$}
18580 @var{s} are both real numbers, the result uses a Gaussian
18581 distribution with mean @var{m} and standard deviation @c{$\sigma$}
18582 @var{s}.
18584 If @cite{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
18585 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
18586 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
18587 is floating-point, the result is a random real number in the specified
18588 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
18589 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
18590 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
18591 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
18592 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
18593 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
18594 extremely small.)
18596 If @cite{M} is a vector, the result is one element taken at random from
18597 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
18599 @vindex RandSeed
18600 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
18601 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
18602 the current time and other information.  You can get a reproducible
18603 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
18604 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
18605 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
18606 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
18607 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
18608 from the current time.  If you store the same integer that you used
18609 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
18610 of random numbers as before.
18612 @pindex calc-rrandom
18613 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
18614 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
18616 @kindex k a
18617 @pindex calc-random-again
18618 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
18619 number, re-using the most recent value of @cite{M}.  With a numeric
18620 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
18621 that value of @cite{M}.
18623 @kindex k h
18624 @pindex calc-shuffle
18625 @tindex shuffle
18626 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
18627 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
18628 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
18629 of the @cite{M} formats described above.  The numeric prefix argument
18630 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
18631 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
18632 stack, and @cite{M} from second-to-top.)
18634 If @cite{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
18635 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
18636 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
18637 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
18638 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
18639 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
18640 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
18641 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
18642 If @cite{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
18643 than once, but if several elements of @cite{M} are equal, they may
18644 each make it into the result vector.)
18646 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
18647 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
18648 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
18649 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
18650 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
18651 by @cite{M}.  Naturally, this is allowed only when @cite{M} specifies
18652 a small discrete set of possibilities.
18654 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
18655 given @cite{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
18656 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @cite{M}, then use
18657 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
18658 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
18660 @menu
18661 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
18662 @end menu
18664 @node Random Number Generator, , Random Numbers, Random Numbers
18665 @subsection Random Number Generator
18667 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
18668 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
18669 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
18670 of the theory of random number generators and their measurement and
18671 characterization.
18673 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs' built-in
18674 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
18675 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
18676 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
18678 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
18679 the low-level random sequence using the time of day, so that the
18680 random number sequence will be different every time you use Calc.
18682 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
18683 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
18684 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
18685 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
18686 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
18687 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
18688 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
18689 generators that are typically used to implement @code{random}.
18691 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
18692 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
18693 computing @c{$X_{n-55} - X_{n-24}$}
18694 @cite{X_n-55 - X_n-24}).  This method expands the seed
18695 value into a large table which is maintained internally; the variable
18696 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @cite{[42]}
18697 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
18698 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
18699 continue to use the same internal table as last time.  There is no
18700 way to extract the complete state of the random number generator
18701 so that you can restart it from any point; you can only restart it
18702 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
18703 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
18704 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
18705 to reseed the generator with that number.
18707 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
18708 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
18709 to generate a new random number, it uses the previous number to
18710 index into the table, picks the value it finds there as the new
18711 random number, then replaces that table entry with a new value
18712 obtained from a call to the base random number generator (either
18713 the additive congruential generator or the @code{random} function
18714 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
18715 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
18716 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
18717 damage its randomness.
18719 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
18720 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
18721 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
18722 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
18723 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
18724 value.
18726 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
18727 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
18728 @c{$10^{-p}$}
18729 @cite{10^-p}.  The resulting random numbers should be very clean, but note
18730 that relatively small numbers will have few significant random digits.
18731 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
18732 numbers on the order of @c{$10^{-9}$}
18733 @cite{10^-9} or @c{$10^{-10}$}
18734 @cite{10^-10}, but those numbers
18735 will only have two or three random digits since they correspond to small
18736 integers times @c{$10^{-12}$}
18737 @cite{10^-12}.
18739 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
18740 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
18741 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
18742 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
18743 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
18744 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
18745 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
18746 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
18747 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
18748 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
18750 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
18751 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C.  This method
18752 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
18753 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
18755 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
18756 @section Combinatorial Functions
18758 @noindent
18759 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
18760 @kbd{k} key prefix.
18762 @kindex k g
18763 @pindex calc-gcd
18764 @tindex gcd
18765 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
18766 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
18767 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
18768 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
18769 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
18770 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
18771 the operation is left in symbolic form.@refill
18773 @kindex k l
18774 @pindex calc-lcm
18775 @tindex lcm
18776 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
18777 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
18778 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
18779 numbers.@refill
18781 @kindex k E
18782 @pindex calc-extended-gcd
18783 @tindex egcd
18784 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
18785 the GCD of two integers @cite{x} and @cite{y} and returns a vector
18786 @cite{[g, a, b]} where @c{$g = \gcd(x,y) = a x + b y$}
18787 @cite{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
18789 @kindex !
18790 @pindex calc-factorial
18791 @tindex fact
18792 @ignore
18793 @mindex @null
18794 @end ignore
18795 @tindex !
18796 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
18797 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
18798 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
18799 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
18800 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
18801 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
18802 large factorials can be slow; using floating-point format will help
18803 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
18804 the commands in this section.@refill
18806 @kindex k d
18807 @pindex calc-double-factorial
18808 @tindex dfact
18809 @ignore
18810 @mindex @null
18811 @end ignore
18812 @tindex !!
18813 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
18814 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
18815 this is the product of even integers from 2 to @cite{N}.  For an odd
18816 integer, this is the product of odd integers from 3 to @cite{N}.  If
18817 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
18818 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
18819 The notation @cite{N!!} is also recognized for double factorials.@refill
18821 @kindex k c
18822 @pindex calc-choose
18823 @tindex choose
18824 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
18825 binomial coefficient @cite{N}-choose-@cite{M}, where @cite{M} is the number
18826 on the top of the stack and @cite{N} is second-to-top.  If both arguments
18827 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
18828 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
18829 real numbers by @c{$N! \over M! (N-M)!\,$}
18830 @cite{N! / M! (N-M)!}.
18832 @kindex H k c
18833 @pindex calc-perm
18834 @tindex perm
18835 @ifinfo
18836 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
18837 number-of-permutations function @cite{N! / (N-M)!}.
18838 @end ifinfo
18839 @tex
18840 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
18841 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
18842 @end tex
18844 @kindex k b
18845 @kindex H k b
18846 @pindex calc-bernoulli-number
18847 @tindex bern
18848 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
18849 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
18850 is a nonnegative integer @cite{n} that specifies which Bernoulli number
18851 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
18852 taking @cite{n} from the second-to-top position and @cite{x} from the
18853 top of the stack.  If @cite{x} is a variable or formula the result is
18854 a polynomial in @cite{x}; if @cite{x} is a number the result is a number.
18856 @kindex k e
18857 @kindex H k e
18858 @pindex calc-euler-number
18859 @tindex euler
18860 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
18861 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
18862 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
18863 functions.
18865 @kindex k s
18866 @kindex H k s
18867 @pindex calc-stirling-number
18868 @tindex stir1
18869 @tindex stir2
18870 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
18871 computes a Stirling number of the first kind@c{ $n \brack m$}
18872 @asis{}, given two integers
18873 @cite{n} and @cite{m} on the stack.  The @kbd{H k s} [@code{stir2}]
18874 command computes a Stirling number of the second kind@c{ $n \brace m$}
18875 @asis{}.  These are
18876 the number of @cite{m}-cycle permutations of @cite{n} objects, and
18877 the number of ways to partition @cite{n} objects into @cite{m}
18878 non-empty sets, respectively.
18880 @kindex k p
18881 @pindex calc-prime-test
18882 @cindex Primes
18883 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
18884 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
18885 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
18886 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
18887 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
18888 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
18889 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
18890 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
18891 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
18892 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
18893 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
18894 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
18895 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
18897 @ignore
18898 @starindex
18899 @end ignore
18900 @tindex prime
18901 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
18902 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
18903 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
18904 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
18905 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @cite{n}
18906 is (probably) prime and 0 if not.
18908 @kindex k f
18909 @pindex calc-prime-factors
18910 @tindex prfac
18911 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
18912 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
18913 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
18914 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
18915 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
18916 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
18917 million (with a warning message).  For negative integers, the first
18918 element of the list will be @i{-1}.  For inputs @i{-1}, @i{0}, and
18919 @i{1}, the result is a list of the same number.
18921 @kindex k n
18922 @pindex calc-next-prime
18923 @ignore
18924 @mindex nextpr@idots
18925 @end ignore
18926 @tindex nextprime
18927 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
18928 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
18929 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
18930 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
18931 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
18932 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
18933 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
18934 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
18935 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
18936 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
18937 prime.
18939 @kindex I k n
18940 @pindex calc-prev-prime
18941 @ignore
18942 @mindex prevpr@idots
18943 @end ignore
18944 @tindex prevprime
18945 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
18946 analogously finds the next prime less than a given number.
18948 @kindex k t
18949 @pindex calc-totient
18950 @tindex totient
18951 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
18952 Euler ``totient'' function@c{ $\phi(n)$}
18953 @asis{}, the number of integers less than @cite{n} which
18954 are relatively prime to @cite{n}.
18956 @kindex k m
18957 @pindex calc-moebius
18958 @tindex moebius
18959 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
18960 @c{M\"obius $\mu$}
18961 @asis{Moebius ``mu''} function.  If the input number is a product of @cite{k}
18962 distinct factors, this is @cite{(-1)^k}.  If the input number has any
18963 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
18964 the result is zero.
18966 @node Probability Distribution Functions, , Combinatorial Functions, Scientific Functions
18967 @section Probability Distribution Functions
18969 @noindent
18970 The functions in this section compute various probability distributions.
18971 For continuous distributions, this is the integral of the probability
18972 density function from @cite{x} to infinity.  (These are the ``upper
18973 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
18974 tail'' functions which integrate from minus infinity to @cite{x}.)
18975 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
18976 from @cite{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
18977 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@cite{x}.
18979 To integrate from @cite{x} to @cite{y}, just use the distribution
18980 function twice and subtract.  For example, the probability that a
18981 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
18982 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
18983 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
18984 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
18986 @kindex k B
18987 @kindex I k B
18988 @pindex calc-utpb
18989 @tindex utpb
18990 @tindex ltpb
18991 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
18992 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
18993 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
18994 probability that an event will occur @var{x} or more times out
18995 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
18996 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
18997 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
18999 The other probability distribution functions similarly take the
19000 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
19001 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
19002 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
19003 the random variable first, then whatever other parameters define the
19004 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
19005 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
19006 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
19007 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
19008 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
19009 recover the original arguments but substitute a new value for @cite{x}.)
19011 @kindex k C
19012 @pindex calc-utpc
19013 @tindex utpc
19014 @ignore
19015 @mindex @idots
19016 @end ignore
19017 @kindex I k C
19018 @ignore
19019 @mindex @null
19020 @end ignore
19021 @tindex ltpc
19022 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
19023 @c{$\nu$}
19024 @cite{v} degrees of freedom.  It is the probability that a model is
19025 correct if its chi-square statistic is @cite{x}.
19027 @kindex k F
19028 @pindex calc-utpf
19029 @tindex utpf
19030 @ignore
19031 @mindex @idots
19032 @end ignore
19033 @kindex I k F
19034 @ignore
19035 @mindex @null
19036 @end ignore
19037 @tindex ltpf
19038 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
19039 various statistical tests.  The parameters @c{$\nu_1$}
19040 @cite{v1} and @c{$\nu_2$}
19041 @cite{v2}
19042 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
19043 respectively, used in computing the statistic @cite{F}.
19045 @kindex k N
19046 @pindex calc-utpn
19047 @tindex utpn
19048 @ignore
19049 @mindex @idots
19050 @end ignore
19051 @kindex I k N
19052 @ignore
19053 @mindex @null
19054 @end ignore
19055 @tindex ltpn
19056 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
19057 with mean @cite{m} and standard deviation @c{$\sigma$}
19058 @cite{s}.  It is the
19059 probability that such a normal-distributed random variable would
19060 exceed @cite{x}.
19062 @kindex k P
19063 @pindex calc-utpp
19064 @tindex utpp
19065 @ignore
19066 @mindex @idots
19067 @end ignore
19068 @kindex I k P
19069 @ignore
19070 @mindex @null
19071 @end ignore
19072 @tindex ltpp
19073 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
19074 mean @cite{x}.  It is the probability that @cite{n} or more such
19075 Poisson random events will occur.
19077 @kindex k T
19078 @pindex calc-ltpt
19079 @tindex utpt
19080 @ignore
19081 @mindex @idots
19082 @end ignore
19083 @kindex I k T
19084 @ignore
19085 @mindex @null
19086 @end ignore
19087 @tindex ltpt
19088 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
19089 with @c{$\nu$}
19090 @cite{v} degrees of freedom.  It is the probability that a
19091 t-distributed random variable will be greater than @cite{t}.
19092 (Note:  This computes the distribution function @c{$A(t|\nu)$}
19093 @cite{A(t|v)}
19094 where @c{$A(0|\nu) = 1$}
19095 @cite{A(0|v) = 1} and @c{$A(\infty|\nu) \to 0$}
19096 @cite{A(inf|v) -> 0}.  The
19097 @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition
19098 which returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
19100 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
19101 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
19102 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
19103 to be able to find a solution given any initial guess.
19104 @xref{Numerical Solutions}.
19106 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
19107 @chapter Vector/Matrix Functions
19109 @noindent
19110 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
19111 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
19112 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
19113 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
19114 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
19116 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
19117 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
19118 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
19119 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
19120 vector of matrices, and so on.)
19122 @menu
19123 * Packing and Unpacking::
19124 * Building Vectors::
19125 * Extracting Elements::
19126 * Manipulating Vectors::
19127 * Vector and Matrix Arithmetic::
19128 * Set Operations::
19129 * Statistical Operations::
19130 * Reducing and Mapping::
19131 * Vector and Matrix Formats::
19132 @end menu
19134 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19135 @section Packing and Unpacking
19137 @noindent
19138 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19139 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19140 described in this chapter because they are most often used to build
19141 vectors.
19143 @kindex v p
19144 @pindex calc-pack
19145 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19146 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19147 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19148 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19149 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19150 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19151 five stack elements and push back a single vector of those five
19152 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19154 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19155 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19156 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19157 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19159 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19161 @table @cite
19162 @item -1
19163 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19164 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19165 @cite{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19166 number.  The two input values must both be real numbers,
19167 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19168 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19169 other packing modes also create a symbolic answer if the
19170 components are not suitable.)
19172 @item -2
19173 Two values are collected to build a polar complex number.
19174 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19175 in either degrees or radians according to the current angular
19176 mode.
19178 @item -3
19179 Three values are collected into an HMS form.  The first
19180 two values (hours and minutes) must be integers or
19181 integer-valued floats.  The third value may be any real
19182 number.
19184 @item -4
19185 Two values are collected into an error form.  The inputs
19186 may be real numbers or formulas.
19188 @item -5
19189 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19190 must be real numbers.
19192 @item -6
19193 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19194 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19196 @item -7
19197 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19199 @item -8
19200 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19202 @item -9
19203 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19205 @item -10
19206 Two integer values are collected into a fraction.
19208 @item -11
19209 Two values are collected into a floating-point number.
19210 The first is the mantissa; the second, which must be an
19211 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19212 times ten to the power of the exponent.
19214 @item -12
19215 This is treated the same as @i{-11} by the @kbd{v p} command.
19216 When unpacking, @i{-12} specifies that a floating-point mantissa
19217 is desired.
19219 @item -13
19220 A real number is converted into a date form.
19222 @item -14
19223 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19225 @item -15
19226 Six numbers are packed into a date/time form.
19227 @end table
19229 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19230 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19231 length, the result is another vector made by packing corresponding
19232 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19233 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19234 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19235 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19236 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19237 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19238 numbers modulo @var{M}.
19240 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19241 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19242 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19243 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19244 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19246 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19247 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19248 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19249 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19250 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19252 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19253 packing are done at that level as described above.  For
19254 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19255 @c{$2\times3$}
19256 @asis{2x3} matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19257 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19258 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19260 @ignore
19261 @starindex
19262 @end ignore
19263 @tindex pack
19264 There is an equivalent algebraic function,
19265 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19266 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19267 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19268 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19269 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19270 left in symbolic form if the packing mode is illegal, or if the
19271 number of data items does not match the number of items required
19272 by the mode.
19274 @kindex v u
19275 @pindex calc-unpack
19276 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19277 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19278 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19279 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19280 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19281 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19283 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19284 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19285 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19286 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19287 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19288 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19289 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19291 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19292 not a vector.  For example, if the input is the number @i{-5}, then
19293 @kbd{c-u -1 v u} yields @i{-5} and 0 (the components of @i{-5}
19294 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19295 and 180 (assuming degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @i{-5}
19296 and 1 (the numerator and denominator of @i{-5}, viewed as a rational
19297 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19298 is not a composite object.
19300 Unpacking mode @i{-11} converts a float into an integer mantissa and
19301 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19302 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19303 Unpacking mode @i{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19304 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19305 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19306 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19307 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19309 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19310 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19311 except that in addition to the components of the input object,
19312 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19313 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19314 original object.
19316 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19317 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19318 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19319 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19321 @ignore
19322 @starindex
19323 @end ignore
19324 @tindex unpack
19325 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19326 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19327 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19328 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19329 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19330 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19332 @ignore
19333 @starindex
19334 @end ignore
19335 @tindex unpackt
19336 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19337 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19338 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19339 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19340 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19341 The identity for re-building the original object is
19342 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19343 @code{apply} function builds a function call given the function
19344 name and a vector of arguments.)
19346 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19347 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19348 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19349 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19351 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19352 @section Building Vectors
19354 @noindent
19355 Vectors and matrices can be added,
19356 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.@refill
19358 @kindex |
19359 @pindex calc-concat
19360 @ignore
19361 @mindex @null
19362 @end ignore
19363 @tindex |
19364 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) command ``concatenates'' two vectors
19365 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19366 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19367 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19368 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19369 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19371 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19372 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19373 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19374 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19375 one-row matrix.
19377 @kindex H |
19378 @tindex append
19379 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19380 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19381 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19382 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19383 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19385 @kindex I |
19386 @kindex H I |
19387 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19388 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19389 to @kbd{@key{TAB} |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19391 @kindex v d
19392 @pindex calc-diag
19393 @tindex diag
19394 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19395 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19396 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19397 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19398 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19399 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19400 the prefix argument is required.
19402 To build a constant square matrix, e.g., a @c{$3\times3$}
19403 @asis{3x3} matrix filled with ones,
19404 use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero matrix first and then add a
19405 constant value to that matrix.  (Another alternative would be to use
19406 @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19408 @kindex v i
19409 @pindex calc-ident
19410 @tindex idn
19411 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19412 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19413 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19414 this command prompts for one.
19416 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19417 except that @cite{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19418 If @cite{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @cite{a} times an
19419 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19420 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19421 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19422 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19423 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19424 Note that in dimensioned matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19425 identity matrices are immediately expanded to the current default
19426 dimensions.
19428 @kindex v x
19429 @pindex calc-index
19430 @tindex index
19431 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19432 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19433 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19434 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19435 is a vector of negative integers from @var{n} to @i{-1}.
19437 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19438 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19439 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19440 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19441 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19442 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19443 of numbers or formulas.
19445 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19446 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19447 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19448 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19449 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19450 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19452 @kindex v b
19453 @pindex calc-build-vector
19454 @tindex cvec
19455 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19456 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19457 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19458 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19459 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19460 to build a matrix of copies of that row.)
19462 @kindex v h
19463 @kindex I v h
19464 @pindex calc-head
19465 @pindex calc-tail
19466 @tindex head
19467 @tindex tail
19468 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19469 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19470 function returns the vector with its first element removed.  In both
19471 cases, the argument must be a non-empty vector.
19473 @kindex v k
19474 @pindex calc-cons
19475 @tindex cons
19476 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19477 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19478 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19479 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19480 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19482 @kindex H v h
19483 @tindex rhead
19484 @ignore
19485 @mindex @idots
19486 @end ignore
19487 @kindex H I v h
19488 @ignore
19489 @mindex @null
19490 @end ignore
19491 @kindex H v k
19492 @ignore
19493 @mindex @null
19494 @end ignore
19495 @tindex rtail
19496 @ignore
19497 @mindex @null
19498 @end ignore
19499 @tindex rcons
19500 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19501 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19502 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19503 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19504 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19505 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19506 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19508 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19509 @section Extracting Vector Elements
19511 @noindent
19512 @kindex v r
19513 @pindex calc-mrow
19514 @tindex mrow
19515 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19516 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19517 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19518 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19519 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19520 form of a vector or scalar, respectively.
19522 @cindex Permutations, applying
19523 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19524 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19525 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19526 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19527 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19528 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19530 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19531 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19532 submatrix is returned.
19534 @cindex Subscript notation
19535 @kindex a _
19536 @pindex calc-subscript
19537 @tindex subscr
19538 @tindex _
19539 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19540 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19541 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @cite{x}, @cite{y}, or @cite{z} if
19542 @cite{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
19543 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
19544 access the element at row @cite{i}, column @cite{j} of a matrix.
19545 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
19546 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
19547 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
19548 purely as an algebraic notation.)
19550 @tindex mrrow
19551 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
19552 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
19553 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
19554 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
19555 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
19557 @tindex getdiag
19558 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
19559 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
19560 function is called @code{getdiag}.
19562 @kindex v c
19563 @pindex calc-mcol
19564 @tindex mcol
19565 @tindex mrcol
19566 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
19567 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
19568 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
19569 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
19570 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
19571 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).@refill
19573 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
19574 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
19575 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
19576 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @cite{i}, column @cite{j}
19577 of matrix @cite{m}.
19579 @kindex v s
19580 @pindex calc-subvector
19581 @tindex subvec
19582 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
19583 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
19584 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
19585 position.  The starting index indicates the first element of the vector
19586 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
19587 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
19588 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
19589 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
19591 If either the start or the end index is zero or negative, it is
19592 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
19593 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
19594 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
19595 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
19596 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
19597 has this effect when used as the ending index.
19599 @kindex I v s
19600 @tindex rsubvec
19601 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
19602 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
19603 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
19604 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
19605 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
19607 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
19608 vectors one element at a time.
19610 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
19611 @section Manipulating Vectors
19613 @noindent
19614 @kindex v l
19615 @pindex calc-vlength
19616 @tindex vlen
19617 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
19618 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
19619 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
19620 command.@refill
19622 @kindex H v l
19623 @tindex mdims
19624 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
19625 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
19626 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
19627 its argument is a @c{$2\times3$}
19628 @asis{2x3} matrix.
19630 @kindex v f
19631 @pindex calc-vector-find
19632 @tindex find
19633 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
19634 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
19635 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
19636 If a match is found, the result is the index of the matching element.
19637 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
19638 allows you to select any starting index for the search.
19640 @kindex v a
19641 @pindex calc-arrange-vector
19642 @tindex arrange
19643 @cindex Arranging a matrix
19644 @cindex Reshaping a matrix
19645 @cindex Flattening a matrix
19646 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
19647 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
19648 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
19649 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
19650 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
19651 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
19652 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
19653 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
19654 in the vector, the last row will be short and the result will not be
19655 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
19656 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
19657 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a @c{$1\times4$}
19658 @asis{1x4} matrix), @kbd{v a 1} produces
19659 @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a @c{$4\times1$}
19660 @asis{4x1} matrix), @kbd{v a 2} produces
19661 @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original @c{$2\times2$}
19662 @asis{2x2} matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces
19663 @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a matrix), and @kbd{v a 0} produces
19664 the flattened list @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
19666 @cindex Sorting data
19667 @kindex V S
19668 @kindex I V S
19669 @pindex calc-sort
19670 @tindex sort
19671 @tindex rsort
19672 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
19673 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
19674 constant interval forms come first in this ordering; next come other
19675 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
19676 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
19677 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
19678 one vector is less or greater than another if the first corresponding
19679 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
19680 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
19681 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
19682 alphabetical order by this command.
19684 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
19686 @cindex Permutation, inverse of
19687 @cindex Inverse of permutation
19688 @cindex Index tables
19689 @cindex Rank tables
19690 @kindex V G
19691 @kindex I V G
19692 @pindex calc-grade
19693 @tindex grade
19694 @tindex rgrade
19695 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
19696 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
19697 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
19698 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
19699 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
19700 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
19701 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
19702 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
19703 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
19704 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
19705 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
19706 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
19707 table, just use @kbd{V G V G}.
19709 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
19710 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
19711 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
19712 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
19713 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
19714 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
19715 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
19716 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
19717 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
19718 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
19719 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
19721 @cindex Histograms
19722 @kindex V H
19723 @pindex calc-histogram
19724 @ignore
19725 @mindex histo@idots
19726 @end ignore
19727 @tindex histogram
19728 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
19729 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
19730 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
19731 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
19732 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
19733 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
19734 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
19735 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
19736 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
19737 input vector.)
19739 @kindex H V H
19740 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
19741 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
19742 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
19743 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
19744 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
19745 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
19747 @kindex v t
19748 @pindex calc-transpose
19749 @tindex trn
19750 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
19751 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
19752 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
19753 a one-column matrix.
19755 @kindex v v
19756 @pindex calc-reverse-vector
19757 @tindex rev
19758 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{vec}] command reverses
19759 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
19760 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
19761 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
19762 a matrix.)
19764 @kindex v m
19765 @pindex calc-mask-vector
19766 @tindex vmask
19767 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
19768 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
19769 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
19770 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
19771 the same as the target vector, but with all elements which correspond
19772 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
19773 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
19774 @xref{Logical Operations}.
19776 @kindex v e
19777 @pindex calc-expand-vector
19778 @tindex vexp
19779 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
19780 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
19781 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
19782 by successive elements from the target vector.  The length of the target
19783 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
19784 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
19785 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
19786 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
19787 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
19789 @kindex H v e
19790 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
19791 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
19792 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
19793 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
19794 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
19795 then successive values are taken from it, so that the effect is to
19796 interleave two vectors according to the mask:
19797 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
19798 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
19800 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
19801 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
19802 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
19803 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
19804 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
19805 masking using vectors.
19807 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
19808 @section Vector and Matrix Arithmetic
19810 @noindent
19811 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
19812 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
19813 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
19814 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
19815 @xref{Basic Arithmetic}.
19817 The following functions are applied element-wise if their arguments are
19818 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
19819 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
19820 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.@refill
19822 @kindex V J
19823 @pindex calc-conj-transpose
19824 @tindex ctrn
19825 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
19826 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
19828 @ignore
19829 @mindex A
19830 @end ignore
19831 @kindex A (vectors)
19832 @pindex calc-abs (vectors)
19833 @ignore
19834 @mindex abs
19835 @end ignore
19836 @tindex abs (vectors)
19837 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
19838 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
19839 root of the sum of the squares of the absolute values of the
19840 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
19841 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
19842 from that point to the origin.@refill
19844 @kindex v n
19845 @pindex calc-rnorm
19846 @tindex rnorm
19847 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes
19848 the row norm, or infinity-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19849 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.
19850 For a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums,
19851 i.e., of the sums of the absolute values of the elements along the
19852 various rows.
19854 @kindex V N
19855 @pindex calc-cnorm
19856 @tindex cnorm
19857 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
19858 the column norm, or one-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19859 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
19860 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
19861 General @cite{k}-norms for @cite{k} other than one or infinity are
19862 not provided.
19864 @kindex V C
19865 @pindex calc-cross
19866 @tindex cross
19867 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
19868 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
19869 exactly three elements.
19871 @ignore
19872 @mindex &
19873 @end ignore
19874 @kindex & (matrices)
19875 @pindex calc-inv (matrices)
19876 @ignore
19877 @mindex inv
19878 @end ignore
19879 @tindex inv (matrices)
19880 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
19881 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
19882 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
19883 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
19884 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
19885 quickly in the future.
19887 If the argument to @kbd{&} is a plain number @cite{x}, this
19888 command simply computes @cite{1/x}.  This is okay, because the
19889 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
19890 by a matrix.
19892 @kindex V D
19893 @pindex calc-mdet
19894 @tindex det
19895 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
19896 determinant of a square matrix.
19898 @kindex V L
19899 @pindex calc-mlud
19900 @tindex lud
19901 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
19902 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
19903 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
19904 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
19905 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
19906 and the third is upper-triangular.
19908 @kindex V T
19909 @pindex calc-mtrace
19910 @tindex tr
19911 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
19912 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
19913 elements of the matrix.
19915 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
19916 @section Set Operations using Vectors
19918 @noindent
19919 @cindex Sets, as vectors
19920 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
19921 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
19922 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
19923 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
19924 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
19925 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
19926 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
19927 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
19928 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
19929 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
19930 the variables @samp{a} and @samp{b} both equalled 17, you might
19931 expect the answer @samp{[]}.
19933 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
19934 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
19935 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
19936 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
19937 there are variables or other non-real objects present in a real set,
19938 all set operations on it will be left in unevaluated form.
19940 If the input to a set operation is a plain number or interval form
19941 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
19942 The result is always a vector, except that if the set consists of a
19943 single interval, the interval itself is returned instead.
19945 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
19946 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @cite{A}
19947 is a subset of the set @cite{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
19949 @kindex V +
19950 @pindex calc-remove-duplicates
19951 @tindex rdup
19952 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
19953 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
19954 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
19955 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
19956 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
19957 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
19958 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
19959 them.
19961 @kindex V V
19962 @pindex calc-set-union
19963 @tindex vunion
19964 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
19965 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
19966 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
19967 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
19968 then using @kbd{V +}.)
19970 @kindex V ^
19971 @pindex calc-set-intersect
19972 @tindex vint
19973 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
19974 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
19975 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
19976 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
19977 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
19978 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
19979 notation for set union@c{ ($A \cup B$)}
19980 @asis{} and intersection@c{ ($A \cap B$)}
19981 @asis{}.
19983 @kindex V -
19984 @pindex calc-set-difference
19985 @tindex vdiff
19986 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
19987 the difference between two sets.  An object is in the difference
19988 @cite{A - B} if and only if it is in @cite{A} but not in @cite{B}.
19989 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
19990 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
19991 as a general @dfn{set complement} operator; if @cite{A} is the set of
19992 all possible values, then @cite{A - B} is the ``complement'' of @cite{B}.
19993 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
19994 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
19995 enough to express in a few intervals).
19997 @kindex V X
19998 @pindex calc-set-xor
19999 @tindex vxor
20000 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
20001 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
20002 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
20003 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
20004 occur in both sets ``cancel out.''
20006 @kindex V ~
20007 @pindex calc-set-complement
20008 @tindex vcompl
20009 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
20010 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
20011 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
20012 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
20013 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
20015 @kindex V F
20016 @pindex calc-set-floor
20017 @tindex vfloor
20018 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
20019 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
20020 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
20021 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
20022 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
20023 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
20024 the complement with respect to the set of integers you could type
20025 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
20027 @kindex V E
20028 @pindex calc-set-enumerate
20029 @tindex venum
20030 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
20031 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
20032 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
20033 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
20034 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
20036 @kindex V :
20037 @pindex calc-set-span
20038 @tindex vspan
20039 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
20040 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
20041 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
20042 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
20043 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
20045 @kindex V #
20046 @pindex calc-set-cardinality
20047 @tindex vcard
20048 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
20049 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
20050 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
20051 more efficient than actually producing that vector.
20053 @cindex Sets, as binary numbers
20054 Another representation for sets that may be more appropriate in some
20055 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
20056 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
20057 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
20058 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
20059 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
20060 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
20061 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
20062 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
20063 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
20064 convenient to you.
20066 @kindex b p
20067 @kindex b u
20068 @pindex calc-pack-bits
20069 @pindex calc-unpack-bits
20070 @tindex vpack
20071 @tindex vunpack
20072 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
20073 converts an integer that represents a set in binary into a set
20074 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
20075 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
20076 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
20077 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
20078 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
20079 (binary) prefix key.
20081 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
20082 converts the other way, from a vector or interval representing
20083 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
20084 the same set.  The set may include positive infinity, but must
20085 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
20086 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
20087 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
20088 representation (@c{$2^{100}$}
20089 @cite{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
20091 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
20092 @section Statistical Operations on Vectors
20094 @noindent
20095 @cindex Statistical functions
20096 The commands in this section take vectors as arguments and compute
20097 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
20098 references used in the definitions of these functions are Bevington's
20099 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
20100 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
20101 Vetterling.
20103 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
20104 a shifted letter or other character.
20106 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
20107 (@code{calc-histogram}).
20109 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
20110 least-squares fits to statistical data.
20112 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
20113 probability distribution functions.
20115 @menu
20116 * Single-Variable Statistics::
20117 * Paired-Sample Statistics::
20118 @end menu
20120 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
20121 @subsection Single-Variable Statistics
20123 @noindent
20124 These functions do various statistical computations on single
20125 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
20126 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
20127 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
20128 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
20129 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
20130 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
20132 If an argument is a variable name, and the value stored in that
20133 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
20134 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
20135 the slow process of manipulating it directly on the stack.
20137 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
20138 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
20139 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
20140 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
20141 of the computation, based on the assumption that the formula does
20142 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
20143 error forms and interval forms are acceptable.
20145 Some of the functions in this section also accept a single error form
20146 or interval as an argument.  They then describe a property of the
20147 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20148 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20149 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20150 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20151 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20152 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20153 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20154 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20156 @kindex u #
20157 @pindex calc-vector-count
20158 @tindex vcount
20159 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20160 computes the number of data values represented by the inputs.
20161 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20162 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20163 simply computes the length of the vector.
20165 @kindex u +
20166 @kindex u *
20167 @pindex calc-vector-sum
20168 @pindex calc-vector-prod
20169 @tindex vsum
20170 @tindex vprod
20171 @cindex Summations (statistical)
20172 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20173 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20174 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20175 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20176 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20177 (@pxref{Reducing and Mapping}).@refill
20179 @kindex u X
20180 @kindex u N
20181 @pindex calc-vector-max
20182 @pindex calc-vector-min
20183 @tindex vmax
20184 @tindex vmin
20185 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20186 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20187 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20188 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20189 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20190 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20191 plus or minus infinity.
20193 @kindex u M
20194 @pindex calc-vector-mean
20195 @tindex vmean
20196 @cindex Mean of data values
20197 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20198 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20199 If the inputs are error forms @c{$x$ @code{+/-} $\sigma$}
20200 @samp{x +/- s}, this is the weighted
20201 mean of the @cite{x} values with weights @c{$1 / \sigma^2$}
20202 @cite{1 / s^2}.
20203 @tex
20204 \turnoffactive
20205 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20206            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20207 @end tex
20208 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20209 values divided by the count of the values.@refill
20211 Note that a plain number can be considered an error form with
20212 error @c{$\sigma = 0$}
20213 @cite{s = 0}.  If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20214 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20215 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20216 above definitions it's clear that a plain number effectively
20217 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20218 weight is completely negligible.)
20220 This function also works for distributions (error forms or
20221 intervals).  The mean of an error form `@var{a} @t{+/-} @var{b}' is simply
20222 @cite{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20223 and maximum values of the interval.
20225 @kindex I u M
20226 @pindex calc-vector-mean-error
20227 @tindex vmeane
20228 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20229 command computes the mean of the data points expressed as an
20230 error form.  This includes the estimated error associated with
20231 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20232 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20233 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20234 sum of the reciprocals of the variances.)
20235 @tex
20236 \turnoffactive
20237 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20238 @end tex
20239 If the inputs are plain
20240 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20241 divided by the square root of the number of values.  (This works
20242 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20243 then assuming each value's error is equal to this standard
20244 deviation.)@refill
20245 @tex
20246 \turnoffactive
20247 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20248 @end tex
20250 @kindex H u M
20251 @pindex calc-vector-median
20252 @tindex vmedian
20253 @cindex Median of data values
20254 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20255 command computes the median of the data values.  The values are
20256 first sorted into numerical order; the median is the middle
20257 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20258 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20259 The median function is different from the other functions in
20260 this section in that the arguments must all be real numbers;
20261 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20262 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20263 any of the input values are error forms, their error parts are
20264 ignored.
20266 The median function also accepts distributions.  For both normal
20267 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20268 the same as the mean.
20270 @kindex H I u M
20271 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20272 @tindex vhmean
20273 @cindex Harmonic mean
20274 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20275 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20276 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20277 of the values.
20278 @tex
20279 \turnoffactive
20280 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20281 @end tex
20283 @kindex u G
20284 @pindex calc-vector-geometric-mean
20285 @tindex vgmean
20286 @cindex Geometric mean
20287 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20288 command computes the geometric mean of the data values.  This
20289 is the @var{n}th root of the product of the values.  This is also
20290 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20291 of the data values.
20292 @tex
20293 \turnoffactive
20294 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20295    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20296 @end tex
20298 @kindex H u G
20299 @tindex agmean
20300 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20301 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20302 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20303 mean, then repeating until the two values converge.
20304 @tex
20305 \turnoffactive
20306 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20307 @end tex
20309 @cindex Root-mean-square
20310 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20311 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20313 @kindex u S
20314 @pindex calc-vector-sdev
20315 @tindex vsdev
20316 @cindex Standard deviation
20317 @cindex Sample statistics
20318 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20319 computes the standard deviation@c{ $\sigma$}
20320 @asis{} of the data values.  If the
20321 values are error forms, the errors are used as weights just
20322 as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard deviation,
20323 whose value is the square root of the sum of the squares of the
20324 differences between the values and the mean of the @cite{N} values,
20325 divided by @cite{N-1}.
20326 @tex
20327 \turnoffactive
20328 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20329 @end tex
20331 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20332 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20333 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20334 limits, divided by @c{$\sqrt{12}$}
20335 @cite{sqrt(12)}.  The standard deviation of an
20336 integer interval is the same as the standard deviation of a vector
20337 of those integers.
20339 @kindex I u S
20340 @pindex calc-vector-pop-sdev
20341 @tindex vpsdev
20342 @cindex Population statistics
20343 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20344 command computes the @emph{population} standard deviation.
20345 It is defined by the same formula as above but dividing
20346 by @cite{N} instead of by @cite{N-1}.  The population standard
20347 deviation is used when the input represents the entire set of
20348 data values in the distribution; the sample standard deviation
20349 is used when the input represents a sample of the set of all
20350 data values, so that the mean computed from the input is itself
20351 only an estimate of the true mean.
20352 @tex
20353 \turnoffactive
20354 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20355 @end tex
20357 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20358 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20359 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20361 @kindex H u S
20362 @kindex H I u S
20363 @pindex calc-vector-variance
20364 @pindex calc-vector-pop-variance
20365 @tindex vvar
20366 @tindex vpvar
20367 @cindex Variance of data values
20368 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20369 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20370 commands compute the variance of the data values.  The variance
20371 is the square@c{ $\sigma^2$}
20372 @asis{} of the standard deviation, i.e., the sum of the
20373 squares of the deviations of the data values from the mean.
20374 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20376 @ignore
20377 @starindex
20378 @end ignore
20379 @tindex vflat
20380 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20381 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20382 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20383 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20385 @node Paired-Sample Statistics, , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20386 @subsection Paired-Sample Statistics
20388 @noindent
20389 The functions in this section take two arguments, which must be
20390 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20391 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20392 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20393 the stack, which must be an @c{$N\times2$}
20394 @asis{Nx2} matrix of data values.  Once
20395 again, variable names can be used in place of actual vectors and
20396 matrices.
20398 @kindex u C
20399 @pindex calc-vector-covariance
20400 @tindex vcov
20401 @cindex Covariance
20402 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20403 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20404 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20405 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20406 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20407 and the mean of @var{y}, all divided by @cite{N-1}.  Note that
20408 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20409 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20410 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20411 are composed of error forms, the error for a given data point
20412 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20413 input errors.
20414 @tex
20415 \turnoffactive
20416 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20417 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20418     {\displaystyle {1 \over N-1}
20419                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20420      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20422 @end tex
20424 @kindex I u C
20425 @pindex calc-vector-pop-covariance
20426 @tindex vpcov
20427 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20428 command computes the population covariance, which is the same as the
20429 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @cite{N}
20430 instead of @cite{N-1}.
20432 @kindex H u C
20433 @pindex calc-vector-correlation
20434 @tindex vcorr
20435 @cindex Correlation coefficient
20436 @cindex Linear correlation
20437 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20438 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20439 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20440 product of their standard deviations.  (There is no difference
20441 between sample or population statistics here.)
20442 @tex
20443 \turnoffactive
20444 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20445 @end tex
20447 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20448 @section Reducing and Mapping Vectors
20450 @noindent
20451 The commands in this section allow for more general operations on the
20452 elements of vectors.
20454 @kindex V A
20455 @pindex calc-apply
20456 @tindex apply
20457 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20458 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20459 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20460 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20461 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20462 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20463 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20465 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20466 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20468 @menu
20469 * Specifying Operators::
20470 * Mapping::
20471 * Reducing::
20472 * Nesting and Fixed Points::
20473 * Generalized Products::
20474 @end menu
20476 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20477 @subsection Specifying Operators
20479 @noindent
20480 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20481 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20482 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20483 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20484 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20485 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20486 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20487 element as its argument.)
20489 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20490 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20491 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20492 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20493 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20494 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20495 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20496 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20497 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20498 @kbd{V M 3 x f @key{RET}} calls @code{f} with three arguments even if it
20499 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20500 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20501 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20502 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20503 type @kbd{V M 3 v e}.
20505 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20506 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20507 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20508 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20509 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20510 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20511 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20512 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20513 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20514 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20516 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20517 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20518 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20519 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20520 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20521 entry interacts with the stack.)
20523 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
20524 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
20525 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
20526 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
20527 prompted for an argument list.
20529 @cindex Nameless functions
20530 @cindex Generic functions
20531 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
20532 which means ``a function of two arguments that computes the first
20533 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
20534 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
20535 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
20536 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ @key{RET}},
20537 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
20538 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x @key{RET} @key{RET}},
20539 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
20540 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
20541 can get it back later if you wish.
20543 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
20544 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
20545 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
20546 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
20547 begins with a list of variables followed by a colon.)
20549 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
20550 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
20551 argument list in this case, since the nameless function specifies the
20552 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
20553 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
20554 so that @kbd{V A ' #1+#2 @key{RET}} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> @key{RET}},
20555 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ @key{RET}}.
20557 @cindex Lambda expressions
20558 @ignore
20559 @starindex
20560 @end ignore
20561 @tindex lambda
20562 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
20563 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
20564 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
20565 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
20566 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
20567 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
20568 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
20570 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
20571 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
20572 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
20573 called.)
20575 @tindex add
20576 @tindex sub
20577 @ignore
20578 @mindex @idots
20579 @end ignore
20580 @tindex mul
20581 @ignore
20582 @mindex @null
20583 @end ignore
20584 @tindex div
20585 @ignore
20586 @mindex @null
20587 @end ignore
20588 @tindex pow
20589 @ignore
20590 @mindex @null
20591 @end ignore
20592 @tindex neg
20593 @ignore
20594 @mindex @null
20595 @end ignore
20596 @tindex mod
20597 @ignore
20598 @mindex @null
20599 @end ignore
20600 @tindex vconcat
20601 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
20602 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
20603 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
20604 and is either a variable whose name is the same as the function name,
20605 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
20606 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
20607 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
20608 @code{vconcat}.@refill
20610 @ignore
20611 @starindex
20612 @end ignore
20613 @tindex call
20614 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
20615 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
20616 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
20617 like the other functions described here, may be either a variable naming a
20618 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
20619 as @samp{x + 2y}).
20621 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
20622 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
20623 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
20624 automatically makes this translation, so you don't have to worry
20625 about it.)
20627 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
20628 @subsection Mapping
20630 @noindent
20631 @kindex V M
20632 @pindex calc-map
20633 @tindex map
20634 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
20635 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
20636 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
20637 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
20638 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
20639 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
20640 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
20641 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
20642 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
20643 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
20644 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
20645 be prompted for the number of arguments to use.@refill
20647 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
20648 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
20649 @cite{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
20650 produce another @c{$3\times2$}
20651 @asis{3x2} matrix, @cite{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
20653 @tindex mapr
20654 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
20655 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
20656 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
20657 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
20658 namely @cite{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
20659 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
20660 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
20661 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
20662 of the matrix to get a new matrix, @cite{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
20664 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
20665 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
20666 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
20667 their individual elements.
20669 @tindex mapc
20670 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
20671 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
20672 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
20673 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
20674 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
20675 @cite{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
20677 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
20678 and column-like appearances, and were not already taken by useful
20679 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
20680 to type after @kbd{V M}.)
20682 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
20683 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
20684 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
20685 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
20686 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
20687 a vector takes a dot product of the vector with itself).
20689 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
20690 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
20691 arguments, those vectors are also held constant for every row or
20692 column.
20694 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
20695 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
20696 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
20697 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
20698 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
20699 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
20700 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
20701 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
20702 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
20703 mapped over the elements of each row.)
20705 @tindex mapa
20706 @tindex mapd
20707 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
20708 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
20709 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
20710 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
20711 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
20712 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
20713 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
20714 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
20716 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
20717 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
20718 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
20719 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
20721 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
20722 @subsection Reducing
20724 @noindent
20725 @kindex V R
20726 @pindex calc-reduce
20727 @tindex reduce
20728 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
20729 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
20730 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
20731 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
20732 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
20733 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
20734 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
20735 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
20737 @kindex I V R
20738 @tindex rreduce
20739 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
20740 that works from right to left through the vector.  For example, plain
20741 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
20742 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
20743 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
20744 in power series expansions.
20746 @kindex V U
20747 @tindex accum
20748 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
20749 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
20750 operation, but instead of producing only the final result, it produces
20751 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
20752 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
20753 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
20755 @kindex I V U
20756 @tindex raccum
20757 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
20758 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
20759 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
20761 @tindex reducea
20762 @tindex rreducea
20763 @tindex reduced
20764 @tindex rreduced
20765 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
20766 example, given the matrix @cite{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
20767 compute @cite{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
20768 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
20769 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
20770 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
20771 matrix would produce @cite{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
20772 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @cite{[a + d,
20773 b + e, c + f]}.
20775 @tindex reducer
20776 @tindex rreducer
20777 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
20778 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
20779 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
20780 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
20781 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
20782 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
20783 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
20785 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
20786 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
20788 @tindex reducec
20789 @tindex rreducec
20790 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
20791 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
20793 The commands @kbd{M-# :} and @kbd{M-# _} are equivalent to typing
20794 @kbd{M-# r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
20795 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
20796 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
20798 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
20799 @subsection Nesting and Fixed Points
20801 @noindent
20802 @kindex H V R
20803 @tindex nest
20804 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
20805 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
20806 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
20807 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
20808 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
20809 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
20810 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
20812 @kindex H V U
20813 @tindex anest
20814 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
20815 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
20816 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
20817 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
20818 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
20820 @kindex H I V R
20821 @tindex fixp
20822 @cindex Fixed points
20823 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
20824 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
20825 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
20826 no longer changes.
20828 @kindex H I V U
20829 @tindex afixp
20830 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
20831 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
20832 the last element will be the final result that would have been returned
20833 by @code{fixp}.
20835 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
20836 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
20837 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
20838 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
20839 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
20840 to converge to 0.739085.)
20842 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
20843 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
20844 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
20845 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
20846 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 @key{RET}} quickly yields the result
20847 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
20848 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
20850 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
20851 the function until two successive results are equal to within the
20852 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
20853 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
20854 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
20855 applied until two successive results are exactly the same formula.
20856 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
20857 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
20859 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
20860 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
20861 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
20862 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
20863 specified, all results during the calculation must be numbers, not
20864 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
20865 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
20866 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
20867 exactly equal.)
20869 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
20870 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
20871 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
20872 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
20874 @node Generalized Products, , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
20875 @subsection Generalized Products
20877 @kindex V O
20878 @pindex calc-outer-product
20879 @tindex outer
20880 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
20881 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
20882 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
20883 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
20884 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
20885 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
20886 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
20888 @kindex V I
20889 @pindex calc-inner-product
20890 @tindex inner
20891 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
20892 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
20893 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
20894 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
20895 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
20896 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
20897 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
20898 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
20899 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
20900 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
20901 generalized dot product.
20903 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
20904 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
20905 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
20906 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
20907 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
20909 @node Vector and Matrix Formats, , Reducing and Mapping, Matrix Functions
20910 @section Vector and Matrix Display Formats
20912 @noindent
20913 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
20914 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
20915 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
20916 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
20917 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
20918 @pxref{Normal Language Modes}.
20920 @kindex V <
20921 @pindex calc-matrix-left-justify
20922 @kindex V =
20923 @pindex calc-matrix-center-justify
20924 @kindex V >
20925 @pindex calc-matrix-right-justify
20926 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
20927 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
20928 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
20929 are justified to the left, right, or center of their columns.@refill
20931 @kindex V [
20932 @pindex calc-vector-brackets
20933 @kindex V @{
20934 @pindex calc-vector-braces
20935 @kindex V (
20936 @pindex calc-vector-parens
20937 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
20938 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
20939 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
20940 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
20941 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
20942 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
20943 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
20944 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
20945 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
20946 and parentheses may never be used for this purpose.@refill
20948 @kindex V ]
20949 @pindex calc-matrix-brackets
20950 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
20951 ``big'' style display of matrices.  It prompts for a string of code
20952 letters; currently implemented letters are @code{R}, which enables
20953 brackets on each row of the matrix; @code{O}, which enables outer
20954 brackets in opposite corners of the matrix; and @code{C}, which
20955 enables commas or semicolons at the ends of all rows but the last.
20956 The default format is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format
20957 was fixed at @samp{ROC}.)  Here are some example matrices:
20959 @example
20960 @group
20961 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
20962   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
20963   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
20965          RO                        ROC
20967 @end group
20968 @end example
20969 @noindent
20970 @example
20971 @group
20972   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
20973      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
20974      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
20976           O                        OC
20978 @end group
20979 @end example
20980 @noindent
20981 @example
20982 @group
20983   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
20984   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
20985   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
20987           R                       @r{blank}
20988 @end group
20989 @end example
20991 @noindent
20992 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
20993 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
20994 the others are useful for display only.
20996 @kindex V ,
20997 @pindex calc-vector-commas
20998 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
20999 off in vector and matrix display.@refill
21001 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
21002 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
21003 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
21004 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
21005 variables with commas turned off.  Calc will display the former
21006 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
21007 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
21008 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
21009 give to @kbd{v ]} (as described above).
21011 @kindex V .
21012 @pindex calc-full-vectors
21013 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
21014 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
21015 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
21016 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
21017 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
21018 When very large vectors are involved this will substantially
21019 improve Calc's display speed.
21021 @kindex t .
21022 @pindex calc-full-trail-vectors
21023 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
21024 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
21025 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
21026 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
21027 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
21028 unable to recover those vectors.  If you are working with very
21029 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
21030 that involve the trail.
21032 @kindex V /
21033 @pindex calc-break-vectors
21034 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
21035 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
21036 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
21037 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
21038 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
21039 vectors will still use the normal linear form.
21041 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
21042 @chapter Algebra
21044 @noindent
21045 This section covers the Calc features that help you work with
21046 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
21047 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
21048 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
21049 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
21050 is discussed.
21052 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
21053 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
21054 for anything else'') prefix.
21056 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
21057 using regular Emacs editing commands.@refill
21059 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
21060 modes to be helpful, including algebraic-simplification mode (@kbd{m A})
21061 or no-simplification mode (@kbd{m O}),
21062 algebraic-entry mode (@kbd{m a}), fraction mode (@kbd{m f}), and
21063 symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
21064 of these modes.  You may also wish to select ``big'' display mode (@kbd{d B}).
21065 @xref{Normal Language Modes}.@refill
21067 @menu
21068 * Selecting Subformulas::
21069 * Algebraic Manipulation::
21070 * Simplifying Formulas::
21071 * Polynomials::
21072 * Calculus::
21073 * Solving Equations::
21074 * Numerical Solutions::
21075 * Curve Fitting::
21076 * Summations::
21077 * Logical Operations::
21078 * Rewrite Rules::
21079 @end menu
21081 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
21082 @section Selecting Sub-Formulas
21084 @noindent
21085 @cindex Selections
21086 @cindex Sub-formulas
21087 @cindex Parts of formulas
21088 When working with an algebraic formula it is often necessary to
21089 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
21090 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
21091 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
21092 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
21093 surrounding part of the stack entry alone.
21095 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
21096 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
21097 ``sub-formula'' of the vector.
21099 @menu
21100 * Making Selections::
21101 * Changing Selections::
21102 * Displaying Selections::
21103 * Operating on Selections::
21104 * Rearranging with Selections::
21105 @end menu
21107 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
21108 @subsection Making Selections
21110 @noindent
21111 @kindex j s
21112 @pindex calc-select-here
21113 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
21114 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
21115 highlight the smallest portion of the formula that contains that
21116 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
21117 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
21118 display mode but is perhaps easiest in ``big'' (@kbd{d B}) mode.
21119 Suppose you enter the following formula:
21121 @smallexample
21122 @group
21123            3    ___
21124     (a + b)  + V c
21125 1:  ---------------
21126         2 x + 1
21127 @end group
21128 @end smallexample
21130 @noindent
21131 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
21132 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
21135 @smallexample
21136 @group
21137            .    ...
21138     .. . b.  . . .
21139 1*  ...............
21140         . . . .
21141 @end group
21142 @end smallexample
21144 @noindent
21145 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
21146 to a dot.  The @samp{*} next to the line number is to remind you that
21147 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
21148 obvious, but it might not always be.  If Embedded Mode is enabled,
21149 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
21150 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
21152 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
21153 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
21155 @smallexample
21156 @group
21157            .    ...
21158     (a + b)  . . .
21159 1*  ...............
21160         . . . .
21161 @end group
21162 @end smallexample
21164 @noindent
21165 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21166 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21167 formula that it encloses.  Putting the cursor on the @samp{+} sign
21168 would have had the same effect.
21170 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21171 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21172 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21173 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21175 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21176 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21177 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21178 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21179 and so on.
21181 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21182 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21184 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21185 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21186 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21187 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21188 cursor on any stack entry.
21190 @kindex j a
21191 @pindex calc-select-additional
21192 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21193 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21194 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21195 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21196 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21197 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21199 @kindex j o
21200 @pindex calc-select-once
21201 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21202 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21203 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21204 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21205 by the cursor.
21207 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21208 such that the next command involving selected stack entries will clear
21209 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21210 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21212 @kindex j S
21213 @kindex j O
21214 @pindex calc-select-here-maybe
21215 @pindex calc-select-once-maybe
21216 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21217 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21218 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21219 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21220 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21221 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21222 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21223 commands.@refill
21225 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21226 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21227 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21228 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21229 entire four-term sum.
21231 @kindex j b
21232 @pindex calc-break-selections
21233 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21234 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21235 through.  Calc actually stores the above formulas as @samp{((a + b) - c) + d}
21236 and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain obscure reasons, Calc
21237 treats multiplication as right-associative.)  Once you have enabled
21238 @kbd{j b} mode, selecting with the cursor on the @samp{-} sign would
21239 only select the @samp{a + b - c} portion, which makes sense when the
21240 deep structure of the sum is considered.  There is no way to select
21241 the @samp{b - c + d} portion; although this might initially look
21242 like just as legitimate a sub-formula as @samp{a + b - c}, the deep
21243 structure shows that it isn't.  The @kbd{d U} command can be used
21244 to view the deep structure of any formula (@pxref{Normal Language Modes}).
21246 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21247 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21248 you get.
21250 @kindex j u
21251 @pindex calc-unselect
21252 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21253 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21254 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21255 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21256 position.
21258 @kindex j c
21259 @pindex calc-clear-selections
21260 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21261 stack elements.
21263 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21264 @subsection Changing Selections
21266 @noindent
21267 @kindex j m
21268 @pindex calc-select-more
21269 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21270 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21271 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21273 @smallexample
21274 @group
21275            3    ...                3    ___                3    ___
21276     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21277 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21278         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21279 @end group
21280 @end smallexample
21282 @noindent
21283 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21284 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21285 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21287 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21288 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21289 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21290 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21291 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21293 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21294 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21295 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21296 is not on any stack element operates on the top stack element.
21298 @kindex j l
21299 @pindex calc-select-less
21300 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21301 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21302 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21303 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21304 current selection, the command de-selects the formula.
21306 @kindex j 1-9
21307 @pindex calc-select-part
21308 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21309 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21310 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21311 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21312 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21313 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21314 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21315 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21317 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21318 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21319 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21320 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21321 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.@refill
21323 @kindex j n
21324 @kindex j p
21325 @pindex calc-select-next
21326 @pindex calc-select-previous
21327 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21328 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21329 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21330 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21331 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21332 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21333 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21334 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21335 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21336 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21338 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21339 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21340 arguments to move several steps at a time.
21342 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21343 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21344 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21345 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21346 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21347 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21348 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21349 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21350 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21352 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21353 @subsection Displaying Selections
21355 @noindent
21356 @kindex j d
21357 @pindex calc-show-selections
21358 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21359 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21360 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21361 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21362 by @samp{#} signs:
21364 @smallexample
21365 @group
21366            3    ...                  #    ___
21367     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21368 1*  ...............       1*  ---------------
21369         . . . .                   2 x + 1
21370 @end group
21371 @end smallexample
21373 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21374 @subsection Operating on Selections
21376 @noindent
21377 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21378 on the stack will operate on the selected portions of the items
21379 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21380 at once, though there can be only one selection at a time in any
21381 given stack element.)
21383 @kindex j e
21384 @pindex calc-enable-selections
21385 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21386 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21387 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21388 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21389 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21390 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21392 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21393 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21394 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21395 element.
21397 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21398 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21399 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21400 the selected portion of the formula, returning the old selected
21401 portion to the top of the stack.
21403 @smallexample
21404 @group
21405            3    ...                    ...                    ___
21406     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21407 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21408         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21410                                     3                      3
21411 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21412 @end group
21413 @end smallexample
21415 In this example we select a sub-formula of our original example,
21416 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21417 the complete, edited formula.
21419 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21420 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21422 @kindex j '
21423 @pindex calc-enter-selection
21424 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21425 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21426 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21427 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21428 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21429 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21430 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21431 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21432 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21434 @kindex j `
21435 @pindex calc-edit-selection
21436 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21437 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21438 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21439 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21441 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21442 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21443 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21444 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21446 @smallexample
21447 @group
21448               ###
21449     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21450 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21451        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21452 @end group
21453 @end smallexample
21455 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21456 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21457 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21458 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21459 and resimplifies.
21461 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21462 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21463 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21465 @kindex j @key{DEL}
21466 @pindex calc-del-selection
21467 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21468 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21469 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21470 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21471 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21473 @kindex j @key{RET}
21474 @pindex calc-grab-selection
21475 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21476 command.)
21478 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21479 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21480 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21481 press @kbd{Q} to take the square root.
21483 @smallexample
21484 @group
21485      .. .           .. .           .. .             .. .
21486 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21487     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21488                                                  V 4 - 2 x
21489 @end group
21490 @end smallexample
21492 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21493 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21494 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21495 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21496 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21497 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21498 the command will abort with an error message.
21500 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21501 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21502 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21503 (@code{calc-change-sign}).@refill
21505 @smallexample
21506 @group
21507        .. .                .. .
21508 1*  ..........      1*  ...........
21509      .........           ..........
21510     . . . 2 x           . . . -2 x
21511 @end group
21512 @end smallexample
21514 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21515 normally have cancelled out with the subtraction automatically, has
21516 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21517 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21518 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21519 to be simplified.
21521 @smallexample
21522 @group
21523        17 y                17 y
21524 1:  -----------     1:  ----------
21525      __________          _________
21526     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
21527 @end group
21528 @end smallexample
21530 @node Rearranging with Selections, , Operating on Selections, Selecting Subformulas
21531 @subsection Rearranging Formulas using Selections
21533 @noindent
21534 @kindex j R
21535 @pindex calc-commute-right
21536 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
21537 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
21538 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
21539 rearranged according to the commutative laws of algebra.
21541 As with @kbd{j '} and @kbd{j @key{DEL}}, the term under the cursor is used
21542 if there is no selection in the current formula.  All commands described
21543 in this section share this property.  In this example, we place the
21544 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
21546 @smallexample
21547 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
21548 @end smallexample
21550 @noindent
21551 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
21552 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
21553 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
21554 mathematical meaning of the formula.
21556 The selected term may also be an element of a vector or an argument
21557 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
21558 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
21559 course be drastically changed.
21561 @smallexample
21562 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
21564 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
21565 @end smallexample
21567 @kindex j L
21568 @pindex calc-commute-left
21569 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
21570 except that it swaps the selected term with the one to its left.
21572 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
21573 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
21574 term left or right past the end of its enclosing formula.
21575 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
21576 selected term as far as possible in the given direction.
21578 @kindex j D
21579 @pindex calc-sel-distribute
21580 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
21581 sum or product into the surrounding formula using the distributive
21582 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
21583 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
21584 products or quotients into surrounding powers, and can also do
21585 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
21586 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
21587 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
21589 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
21590 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
21591 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
21592 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
21593 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
21594 times to expand at once; the default is one time only.
21596 @vindex DistribRules
21597 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
21598 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
21599 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
21600 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
21601 displays and edits the stored value of a variable.  Press @kbd{M-# M-#}
21602 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
21603 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
21605 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
21606 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
21607 this variable's value permanently for future Calc sessions.
21608 @xref{Operations on Variables}.
21610 @kindex j M
21611 @pindex calc-sel-merge
21612 @vindex MergeRules
21613 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
21614 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
21615 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
21616 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
21617 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
21618 the relevant rules.
21620 @kindex j C
21621 @pindex calc-sel-commute
21622 @vindex CommuteRules
21623 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
21624 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
21625 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
21626 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
21627 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
21628 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
21629 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
21630 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
21631 in the variable @code{CommuteRules}.
21633 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
21634 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
21635 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
21636 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
21637 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
21638 manipulations described in this section.
21640 @kindex j N
21641 @pindex calc-sel-negate
21642 @vindex NegateRules
21643 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
21644 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
21645 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
21646 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
21647 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
21648 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
21649 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
21650 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
21652 @kindex j &
21653 @pindex calc-sel-invert
21654 @vindex InvertRules
21655 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
21656 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
21657 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
21658 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
21660 @kindex j E
21661 @pindex calc-sel-jump-equals
21662 @vindex JumpRules
21663 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
21664 selected term from one side of an equation to the other.  Given
21665 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
21666 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
21667 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
21668 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
21670 @kindex j I
21671 @kindex H j I
21672 @pindex calc-sel-isolate
21673 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
21674 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
21675 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
21676 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
21677 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
21678 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
21679 as well as equations.
21681 @kindex j *
21682 @kindex j /
21683 @pindex calc-sel-mult-both-sides
21684 @pindex calc-sel-div-both-sides
21685 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
21686 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
21687 selected quotient or equation by that formula.  It simplifies each
21688 side with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) before re-forming the
21689 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
21690 providing any numeric prefix argument.  There is also a @kbd{j /}
21691 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
21692 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
21694 As a special feature, if the numerator of the quotient is 1, then
21695 the denominator is expanded at the top level using the distributive
21696 law (i.e., using the @kbd{C-u -1 a x} command).  Suppose the
21697 formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, and you wish
21698 to eliminate the square root in the denominator by multiplying both
21699 sides by @samp{sqrt(a) - 1}.  Calc's default simplifications would
21700 change the result @samp{(sqrt(a) - 1) / (sqrt(a) - 1) (sqrt(a) + 1)}
21701 right back to the original form by cancellation; Calc expands the
21702 denominator to @samp{sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1} to prevent
21703 this.  (You would now want to use an @kbd{a x} command to expand
21704 the rest of the way, whereupon the denominator would cancel out to
21705 the desired form, @samp{a - 1}.)  When the numerator is not 1, this
21706 initial expansion is not necessary because Calc's default
21707 simplifications will not notice the potential cancellation.
21709 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
21710 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
21711 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
21712 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
21713 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
21714 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
21715 will be, it will assume it is positive and display a warning
21716 message.
21718 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
21719 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
21720 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
21721 back by the formula.
21723 @kindex j +
21724 @kindex j -
21725 @pindex calc-sel-add-both-sides
21726 @pindex calc-sel-sub-both-sides
21727 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
21728 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
21729 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
21730 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
21731 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
21732 results.
21734 @kindex j U
21735 @pindex calc-sel-unpack
21736 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
21737 selected function call with its argument.  For example, given
21738 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
21739 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
21740 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
21741 now to take the cosine of the selected part.)
21743 @kindex j v
21744 @pindex calc-sel-evaluate
21745 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
21746 normal default simplifications on the selected sub-formula.
21747 These are the simplifications that are normally done automatically
21748 on all results, but which may have been partially inhibited by
21749 previous selection-related operations, or turned off altogether
21750 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
21751 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
21753 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
21754 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command to the selected
21755 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
21756 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
21757 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
21758 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
21759 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
21760 sub-formula.
21762 @kindex j "
21763 @pindex calc-sel-expand-formula
21764 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
21765 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
21767 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
21768 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
21770 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
21771 @section Algebraic Manipulation
21773 @noindent
21774 The commands in this section perform general-purpose algebraic
21775 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
21776 stack (unless, of course, you have made a selection in that
21777 formula).
21779 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
21780 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
21781 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
21782 from the second-to-top stack level.
21784 @kindex a v
21785 @pindex calc-alg-evaluate
21786 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
21787 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
21788 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
21789 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
21790 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
21791 command.  @xref{Simplification Modes}.
21793 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
21794 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
21795 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
21797 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
21798 as if in algebraic simplification mode.  This is equivalent to typing
21799 @kbd{a s}; @pxref{Simplifying Formulas}.  If you give a numeric prefix
21800 of 3 or more, it uses extended simplification mode (@kbd{a e}).
21802 If you give a negative prefix argument @i{-1}, @i{-2}, or @i{-3},
21803 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
21804 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
21805 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
21806 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
21807 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
21808 in no-simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
21809 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
21810 (@xref{Reducing and Mapping}.)
21812 @tindex evalv
21813 @tindex evalvn
21814 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
21815 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
21816 disables symbolic (@kbd{m s}) mode during the evaluation, corresponds
21817 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
21818 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
21819 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
21820 it as a temporary different working precision.)
21822 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
21823 as an optional second argument.  This argument can be either an
21824 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
21825 a single integer, to adjust the precision relative to the current
21826 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
21827 precision will do the calculation at this higher precision, but the
21828 result will as usual be rounded back down to the current precision
21829 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
21830 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
21831 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
21832 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
21833 will return @samp{9.2654e-5}.
21835 @kindex a "
21836 @pindex calc-expand-formula
21837 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
21838 into their defining formulas wherever possible.  For example,
21839 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
21840 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
21841 and so are unaffected by this command.  One important class of
21842 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
21843 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
21844 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
21845 distribution functions, most of the financial functions, and the
21846 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
21847 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
21848 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
21849 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
21850 top-level function call.
21852 @kindex a M
21853 @pindex calc-map-equation
21854 @tindex mapeq
21855 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
21856 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
21857 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
21858 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
21859 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
21860 @samp{x = y+1} and @cite{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
21861 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
21862 sides together and the righthand sides together to get the two
21863 respective sides of a new equation.
21865 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
21866 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
21867 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
21868 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
21869 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
21870 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
21871 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
21872 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
21873 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the @kbd{a s} command can
21874 then simplify to get @samp{2 < b}.
21876 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
21877 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
21878 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
21879 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
21880 though this is not true for all values of the variables.
21882 @kindex H a M
21883 @tindex mapeqp
21884 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
21885 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
21886 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
21887 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
21888 fixing an inequality which was already incorrect.)
21890 @kindex I a M
21891 @tindex mapeqr
21892 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
21893 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
21894 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
21895 working with small positive angles.
21897 @kindex a b
21898 @pindex calc-substitute
21899 @tindex subst
21900 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
21901 all occurrences
21902 of some variable or sub-expression of an expression with a new
21903 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
21904 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
21905 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
21906 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
21907 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
21908 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
21909 doing substitutions.@refill
21911 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
21912 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
21913 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
21914 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
21915 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
21916 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
21917 target is taken from top-of-stack as usual.
21919 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
21920 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
21921 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
21922 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
21923 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
21924 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
21925 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
21926 these limitations.
21928 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
21929 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
21930 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
21931 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
21932 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
21934 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
21935 @section Simplifying Formulas
21937 @noindent
21938 @kindex a s
21939 @pindex calc-simplify
21940 @tindex simplify
21941 The @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command applies
21942 various algebraic rules to simplify a formula.  This includes rules which
21943 are not part of the default simplifications because they may be too slow
21944 to apply all the time, or may not be desirable all of the time.  For
21945 example, non-adjacent terms of sums are combined, as in @samp{a + b + 2 a}
21946 to @samp{b + 3 a}, and some formulas like @samp{sin(arcsin(x))} are
21947 simplified to @samp{x}.
21949 The sections below describe all the various kinds of algebraic
21950 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
21951 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
21952 they simply apply certain specific rules to put formulas into
21953 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
21954 must be done manually, usually with a combination of selections
21955 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
21956 @xref{Rewrite Rules}.
21958 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
21959 simplification occurs automatically.  Normally only the ``default
21960 simplifications'' occur.
21962 @menu
21963 * Default Simplifications::
21964 * Algebraic Simplifications::
21965 * Unsafe Simplifications::
21966 * Simplification of Units::
21967 @end menu
21969 @node Default Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
21970 @subsection Default Simplifications
21972 @noindent
21973 @cindex Default simplifications
21974 This section describes the ``default simplifications,'' those which are
21975 normally applied to all results.  For example, if you enter the variable
21976 @cite{x} on the stack twice and push @kbd{+}, Calc's default
21977 simplifications automatically change @cite{x + x} to @cite{2 x}.
21979 The @kbd{m O} command turns off the default simplifications, so that
21980 @cite{x + x} will remain in this form unless you give an explicit
21981 ``simplify'' command like @kbd{=} or @kbd{a v}.  @xref{Algebraic
21982 Manipulation}.  The @kbd{m D} command turns the default simplifications
21983 back on.
21985 The most basic default simplification is the evaluation of functions.
21986 For example, @cite{2 + 3} is evaluated to @cite{5}, and @cite{@t{sqrt}(9)}
21987 is evaluated to @cite{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
21988 to a function are somehow of the wrong type (@cite{@t{tan}([2,3,4])},
21989 range (@cite{@t{tan}(90)}), or number (@cite{@t{tan}(3,5)}), or if the
21990 function name is not recognized (@cite{@t{f}(5)}), or if ``symbolic''
21991 mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation (@cite{@t{sqrt}(2)}).
21993 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
21994 simplifies the function itself.  Thus @cite{@t{sqrt}(5+4)} is
21995 simplified to @cite{@t{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
21996 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
21997 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
21998 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
21999 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
22000 does not evaluate its lefthand argument.
22002 Most commands apply the default simplifications to all arguments they
22003 take from the stack, perform a particular operation, then simplify
22004 the result before pushing it back on the stack.  In the common special
22005 case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and @kbd{Q} [@code{sqrt}],
22006 the arguments are simply popped from the stack and collected into a
22007 suitable function call, which is then simplified (the arguments being
22008 simplified first as part of the process, as described above).
22010 The default simplifications are too numerous to describe completely
22011 here, but this section will describe the ones that apply to the
22012 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
22013 nature, and will probably be interesting to you only if you are
22014 a serious user of Calc's algebra facilities.
22016 @tex
22017 \bigskip
22018 @end tex
22020 As well as the simplifications described here, if you have stored
22021 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
22022 will also be applied before any built-in default simplifications.
22023 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
22025 @tex
22026 \bigskip
22027 @end tex
22029 And now, on with the default simplifications:
22031 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
22032 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
22033 more terms are arranged by the associative law of algebra into
22034 a left-associative form for sums, @cite{((a + b) + c) + d}, and
22035 a right-associative form for products, @cite{a * (b * (c * d))}.
22036 Formulas like @cite{(a + b) + (c + d)} are rearranged to
22037 left-associative form, though this rarely matters since Calc's
22038 algebra commands are designed to hide the inner structure of
22039 sums and products as much as possible.  Sums and products in
22040 their proper associative form will be written without parentheses
22041 in the examples below.
22043 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
22044 commutative law (@cite{a + b} to @cite{b + a}) except in a few
22045 special cases described below.  Some algebra programs always
22046 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
22047 see that @cite{a b + b a} can be simplified to @cite{2 a b}.
22048 Calc assumes you have put the terms into the order you want
22049 and generally leaves that order alone, with the consequence
22050 that formulas like the above will only be simplified if you
22051 explicitly give the @kbd{a s} command.  @xref{Algebraic
22052 Simplifications}.
22054 Differences @cite{a - b} are treated like sums @cite{a + (-b)}
22055 for purposes of simplification; one of the default simplifications
22056 is to rewrite @cite{a + (-b)} or @cite{(-b) + a}, where @cite{-b}
22057 represents a ``negative-looking'' term, into @cite{a - b} form.
22058 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
22059 @cite{-x}, and products or quotients in which either term is
22060 negative-looking.
22062 Other simplifications involving negation are @cite{-(-x)} to @cite{x};
22063 @cite{-(a b)} or @cite{-(a/b)} where either @cite{a} or @cite{b} is
22064 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
22065 @cite{a} or @cite{b} is any number, by negating that number;
22066 @cite{-(a + b)} to @cite{-a - b}, and @cite{-(b - a)} to @cite{a - b}.
22067 (This, and rewriting @cite{(-b) + a} to @cite{a - b}, are the only
22068 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
22069 simplifications.)
22071 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
22072 @cite{a x + b x} to @cite{(a + b) x}, where @cite{a} represents
22073 a number or an implicit 1 or @i{-1} (as in @cite{x} or @cite{-x})
22074 and similarly for @cite{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
22075 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
22076 using the distributive law.
22078 The distributive law is only used for sums of two terms, or
22079 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @cite{a + b + b + c}
22080 is simplified to @cite{a + 2 b + c}, but @cite{a + b + c + b}
22081 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
22082 sum with one another would require time proportional to the
22083 square of the number of terms; Calc relegates potentially slow
22084 operations like this to commands that have to be invoked
22085 explicitly, like @kbd{a s}.
22087 Finally, @cite{a + 0} and @cite{0 + a} are simplified to @cite{a}.
22088 A consequence of the above rules is that @cite{0 - a} is simplified
22089 to @cite{-a}.
22091 @tex
22092 \bigskip
22093 @end tex
22095 The products @cite{1 a} and @cite{a 1} are simplified to @cite{a};
22096 @cite{(-1) a} and @cite{a (-1)} are simplified to @cite{-a};
22097 @cite{0 a} and @cite{a 0} are simplified to @cite{0}, except that
22098 in matrix mode where @cite{a} is not provably scalar the result
22099 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @cite{a} is
22100 infinite the result is @samp{nan}.
22102 Also, @cite{(-a) b} and @cite{a (-b)} are simplified to @cite{-(a b)},
22103 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
22104 numbers.
22106 Products are commuted only to move numbers to the front:
22107 @cite{a b 2} is commuted to @cite{2 a b}.
22109 The product @cite{a (b + c)} is distributed over the sum only if
22110 @cite{a} and at least one of @cite{b} and @cite{c} are numbers:
22111 @cite{2 (x + 3)} goes to @cite{2 x + 6}.  The formula
22112 @cite{(-a) (b - c)}, where @cite{-a} is a negative number, is
22113 rewritten to @cite{a (c - b)}.
22115 The distributive law of products and powers is used for adjacent
22116 terms of the product: @cite{x^a x^b} goes to @c{$x^{a+b}$}
22117 @cite{x^(a+b)}
22118 where @cite{a} is a number, or an implicit 1 (as in @cite{x}),
22119 or the implicit one-half of @cite{@t{sqrt}(x)}, and similarly for
22120 @cite{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
22121 if the sum of the powers is @cite{1/2} or @cite{-1/2}, respectively.
22122 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
22123 @cite{1} or to @samp{idn(1)} if matrix mode is enabled.
22125 The product of a negative power times anything but another negative
22126 power is changed to use division:  @c{$x^{-2} y$}
22127 @cite{x^(-2) y} goes to @cite{y / x^2} unless matrix mode is
22128 in effect and neither @cite{x} nor @cite{y} are scalar (in which
22129 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
22131 Finally, @cite{a (b/c)} is rewritten to @cite{(a b)/c}, and also
22132 @cite{(a/b) c} is changed to @cite{(a c)/b} unless in matrix mode.
22134 @tex
22135 \bigskip
22136 @end tex
22138 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
22139 The quotient @cite{0 / x} is simplified to @cite{0}, with the same
22140 exceptions that were noted for @cite{0 x}.  Likewise, @cite{x / 1}
22141 and @cite{x / (-1)} are simplified to @cite{x} and @cite{-x},
22142 respectively.
22144 The quotient @cite{x / 0} is left unsimplified or changed to an
22145 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
22146 @xref{Infinite Mode}.
22148 The expression @c{$a / b^{-c}$}
22149 @cite{a / b^(-c)} is changed to @cite{a b^c},
22150 where @cite{-c} is any negative-looking power.  Also, @cite{1 / b^c}
22151 is changed to @c{$b^{-c}$}
22152 @cite{b^(-c)} for any power @cite{c}.
22154 Also, @cite{(-a) / b} and @cite{a / (-b)} go to @cite{-(a/b)};
22155 @cite{(a/b) / c} goes to @cite{a / (b c)}; and @cite{a / (b/c)}
22156 goes to @cite{(a c) / b} unless matrix mode prevents this
22157 rearrangement.  Similarly, @cite{a / (b:c)} is simplified to
22158 @cite{(c:b) a} for any fraction @cite{b:c}.
22160 The distributive law is applied to @cite{(a + b) / c} only if
22161 @cite{c} and at least one of @cite{a} and @cite{b} are numbers.
22162 Quotients of powers and square roots are distributed just as
22163 described for multiplication.
22165 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22166 numerator and denominator.  In other words, @cite{a x b / a y b}
22167 is cancelled to @cite{x b / y b} but not to @cite{x / y}.  Once
22168 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22169 to cancel all terms of the quotient.
22171 Quotients of negative-looking values are simplified according
22172 to @cite{(-a) / (-b)} to @cite{a / b}, @cite{(-a) / (b - c)}
22173 to @cite{a / (c - b)}, and @cite{(a - b) / (-c)} to @cite{(b - a) / c}.
22175 @tex
22176 \bigskip
22177 @end tex
22179 The formula @cite{x^0} is simplified to @cite{1}, or to @samp{idn(1)}
22180 in matrix mode.  The formula @cite{0^x} is simplified to @cite{0}
22181 unless @cite{x} is a negative number or complex number, in which
22182 case the result is an infinity or an unsimplified formula according
22183 to the current infinite mode.  Note that @cite{0^0} is an
22184 indeterminate form, as evidenced by the fact that the simplifications
22185 for @cite{x^0} and @cite{0^x} conflict when @cite{x=0}.
22187 Powers of products or quotients @cite{(a b)^c}, @cite{(a/b)^c}
22188 are distributed to @cite{a^c b^c}, @cite{a^c / b^c} only if @cite{c}
22189 is an integer, or if either @cite{a} or @cite{b} are nonnegative
22190 real numbers.  Powers of powers @cite{(a^b)^c} are simplified to
22191 @c{$a^{b c}$}
22192 @cite{a^(b c)} only when @cite{c} is an integer and @cite{b c} also
22193 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22194 would not be safe because of problems with principal values.
22195 (In other words, @c{$((-3)^{1/2})^2$}
22196 @cite{((-3)^1:2)^2} is safe to simplify, but
22197 @c{$((-3)^2)^{1/2}$}
22198 @cite{((-3)^2)^1:2} is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform
22199 Calc that your variables satisfy these requirements.
22201 As a special case of this rule, @cite{@t{sqrt}(x)^n} is simplified to
22202 @c{$x^{n/2}$}
22203 @cite{x^(n/2)} only for even integers @cite{n}.
22205 If @cite{a} is known to be real, @cite{b} is an even integer, and
22206 @cite{c} is a half- or quarter-integer, then @cite{(a^b)^c} is
22207 simplified to @c{$@t{abs}(a^{b c})$}
22208 @cite{@t{abs}(a^(b c))}.
22210 Also, @cite{(-a)^b} is simplified to @cite{a^b} if @cite{b} is an
22211 even integer, or to @cite{-(a^b)} if @cite{b} is an odd integer,
22212 for any negative-looking expression @cite{-a}.
22214 Square roots @cite{@t{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22215 @c{$x^{1:2}$}
22216 @cite{x^1:2} for the purposes of the above-listed simplifications.
22218 Also, note that @c{$1 / x^{1:2}$}
22219 @cite{1 / x^1:2} is changed to @c{$x^{-1:2}$}
22220 @cite{x^(-1:2)},
22221 but @cite{1 / @t{sqrt}(x)} is left alone.
22223 @tex
22224 \bigskip
22225 @end tex
22227 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22228 following rules:  @cite{@t{idn}(a) + b} to @cite{a + b} if @cite{b}
22229 is provably scalar, or expanded out if @cite{b} is a matrix;
22230 @cite{@t{idn}(a) + @t{idn}(b)} to @cite{@t{idn}(a + b)};
22231 @cite{-@t{idn}(a)} to @cite{@t{idn}(-a)}; @cite{a @t{idn}(b)} to
22232 @cite{@t{idn}(a b)} if @cite{a} is provably scalar, or to @cite{a b}
22233 if @cite{a} is provably non-scalar; @cite{@t{idn}(a) @t{idn}(b)}
22234 to @cite{@t{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients
22235 involving @code{idn}; and @cite{@t{idn}(a)^n} to @cite{@t{idn}(a^n)}
22236 where @cite{n} is an integer.
22238 @tex
22239 \bigskip
22240 @end tex
22242 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22243 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22244 @cite{@t{floor}(@t{round}(x))} simplifies to @cite{@t{round}(x)}.
22245 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22246 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22247 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22249 The expression @cite{@t{abs}(-x)} changes to @cite{@t{abs}(x)}.
22250 The expression @cite{@t{abs}(@t{abs}(x))} changes to @cite{@t{abs}(x)};
22251 in fact, @cite{@t{abs}(x)} changes to @cite{x} or @cite{-x} if @cite{x}
22252 is provably nonnegative or nonpositive (@pxref{Declarations}).
22254 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22255 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22256 @cite{@t{arg}(@t{i})} and @cite{@t{arg}(-@t{i})} just for convenience.
22258 The expression @cite{@t{conj}(@t{conj}(x))} simplifies to @cite{x}.
22259 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22260 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22261 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22262 @cite{@t{conj}(a + b i)} is changed to @cite{@t{conj}(a) - @t{conj}(b) i},
22263 or to @cite{a - b i} if @cite{a} and @cite{b} are known to be real.
22265 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22266 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22267 for suitable numeric arguments and infinity.  The @kbd{a s} command
22268 described in the next section does provide some simplifications for
22269 these functions, though.
22271 One important simplification that does occur is that @cite{@t{ln}(@t{e})}
22272 is simplified to 1, and @cite{@t{ln}(@t{e}^x)} is simplified to @cite{x}
22273 for any @cite{x}.  This occurs even if you have stored a different
22274 value in the Calc variable @samp{e}; but this would be a bad idea
22275 in any case if you were also using natural logarithms!
22277 Among the logical functions, @t{(@var{a} <= @var{b})} changes to
22278 @t{@var{a} > @var{b}} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22279 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22280 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22281 @cite{!!x} to @cite{x}, this would not be valid in general because
22282 @cite{!!2} is 1, not 2.
22284 Most other Calc functions have few if any default simplifications
22285 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22286 suitable numbers.
22288 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Default Simplifications, Simplifying Formulas
22289 @subsection Algebraic Simplifications
22291 @noindent
22292 @cindex Algebraic simplifications
22293 The @kbd{a s} command makes simplifications that may be too slow to
22294 do all the time, or that may not be desirable all of the time.
22295 If you find these simplifications are worthwhile, you can type
22296 @kbd{m A} to have Calc apply them automatically.
22298 This section describes all simplifications that are performed by
22299 the @kbd{a s} command.  Note that these occur in addition to the
22300 default simplifications; even if the default simplifications have
22301 been turned off by an @kbd{m O} command, @kbd{a s} will turn them
22302 back on temporarily while it simplifies the formula.
22304 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22305 to be applied by @kbd{a s}.  Its use is analogous to @code{EvalRules},
22306 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22307 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22308 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22309 the built-in rules described below.  If the result is different from
22310 the original expression, the process repeats with the default
22311 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22312 then the built-in simplifications, and so on.
22314 @tex
22315 \bigskip
22316 @end tex
22318 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22319 end of the sum, so that @cite{a + 2 + b} changes to @cite{a + b + 2}.
22320 The only exception is that a constant will not be commuted away
22321 from the first position of a difference, i.e., @cite{2 - x} is not
22322 commuted to @cite{-x + 2}.
22324 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22325 @cite{x + y + 2 x} to @cite{y + 3 x}.  This always occurs for
22326 adjacent terms, but @kbd{a s} compares all pairs of terms including
22327 non-adjacent ones.
22329 @tex
22330 \bigskip
22331 @end tex
22333 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22334 law.  For example, @cite{b c a} is commuted to @cite{a b c}.
22335 This allows easier comparison of products; for example, the default
22336 simplifications will not change @cite{x y + y x} to @cite{2 x y},
22337 but @kbd{a s} will; it first rewrites the sum to @cite{x y + x y},
22338 and then the default simplifications are able to recognize a sum
22339 of identical terms.
22341 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22342 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22343 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22344 command uses the same ordering when sorting a vector.
22346 Sorting of terms of products is inhibited when matrix mode is
22347 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22348 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22350 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22351 terms, using the same method that the default simplifications
22352 use for adjacent terms of products.
22354 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22355 taken into account when terms of a product are being compared.
22356 Thus @cite{(x + y) (y + x)} will be simplified to @cite{(x + y)^2}.
22357 A subtle point is that @cite{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22358 be simplified to @cite{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22359 one term can be written as a constant times the other, even if
22360 that constant is @i{-1}.
22362 A fraction times any expression, @cite{(a:b) x}, is changed to
22363 a quotient involving integers:  @cite{a x / b}.  This is not
22364 done for floating-point numbers like @cite{0.5}, however.  This
22365 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22366 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22368 @tex
22369 \bigskip
22370 @end tex
22372 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22373 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22374 the distributive law.  For example, @cite{a x^2 b / c x^3 d} will
22375 cancel @cite{x^2} from both sides to get @cite{a b / c x d}.
22376 (The terms in the denominator will then be rearranged to @cite{c d x}
22377 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22378 factor in the numerator and denominator, it is cancelled out;
22379 for example, @cite{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @cite{(2 x + 3) / 4 x}.
22381 Non-constant common factors are not found even by @kbd{a s}.  To
22382 cancel the factor @cite{a} in @cite{(a x + a) / a^2} you could first
22383 use @kbd{j M} on the product @cite{a x} to Merge the numerator to
22384 @cite{a (1+x)}, which can then be simplified successfully.
22386 @tex
22387 \bigskip
22388 @end tex
22390 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22391 to the identity @cite{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22392 than the complex number @cite{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22393 will no longer occur.  This is done by @kbd{a s} instead of by default
22394 in case someone (unwisely) uses the name @code{i} for a variable
22395 unrelated to complex numbers; it would be unfortunate if Calc
22396 quietly and automatically changed this formula for reasons the
22397 user might not have been thinking of.
22399 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22400 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22401 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22402 pulled out so that @cite{@t{sqrt}(8)} is rewritten as
22403 @c{$2\,\t{sqrt}(2)$}
22404 @cite{2 sqrt(2)}.  Conceptually speaking this implies factoring
22405 the argument into primes and moving pairs of primes out of the
22406 square root, but for reasons of efficiency Calc only looks for
22407 primes up to 29.
22409 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22410 numerator:  @cite{1 / @t{sqrt}(3)} changes to @cite{@t{sqrt}(3) / 3}.
22411 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22412 @cite{@t{sqrt}(2:3)} changes to @cite{@t{sqrt}(6) / 3}.
22414 @tex
22415 \bigskip
22416 @end tex
22418 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22419 when the modulus @cite{M} is a positive real number.  First, if
22420 the argument is of the form @cite{x + n} for some real number
22421 @cite{n}, then @cite{n} is itself reduced modulo @cite{M}.  For
22422 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22424 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22425 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22426 cancelled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22427 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22428 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22429 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22430 about modulo forms in the presence of declarations.
22432 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22433 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22434 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22435 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22436 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22437 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22438 declared to be an integer.
22440 @tex
22441 \bigskip
22442 @end tex
22444 Trigonometric functions are simplified in several ways.  First,
22445 @cite{@t{sin}(@t{arcsin}(x))} is simplified to @cite{x}, and
22446 similarly for @code{cos} and @code{tan}.  If the argument to
22447 @code{sin} is negative-looking, it is simplified to @cite{-@t{sin}(x)},
22448 and similarly for @code{cos} and @code{tan}.  Finally, certain
22449 special values of the argument are recognized;
22450 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22452 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22453 functions can also be simplified, as in @cite{@t{sin}(@t{arccos}(x))}
22454 to @cite{@t{sqrt}(1 - x^2)}.
22456 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22457 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22458 hyperbolic functions.
22460 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22461 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22462 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22463 @cite{@t{arcsin}(@t{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22464 @cite{x}, since this only correct within an integer multiple
22465 of @c{$2 \pi$}
22466 @cite{2 pi} radians or 360 degrees.  However,
22467 @cite{@t{arcsinh}(@t{sinh}(x))} is simplified to @cite{x} if
22468 @cite{x} is known to be real.
22470 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22471 are that @cite{@t{exp}(@t{ln}(x))}, @c{$@t{e}^{\ln(x)}$}
22472 @cite{e^@t{ln}(x)}, and
22473 @c{$10^{{\rm log10}(x)}$}
22474 @cite{10^@t{log10}(x)} all reduce to @cite{x}.
22475 Also, @cite{@t{ln}(@t{exp}(x))}, etc., can reduce to @cite{x} if
22476 @cite{x} is provably real.  The form @cite{@t{exp}(x)^y} is simplified
22477 to @cite{@t{exp}(x y)}.  If @cite{x} is a suitable multiple of @c{$\pi i$}
22478 @cite{pi i}
22479 (as described above for the trigonometric functions), then @cite{@t{exp}(x)}
22480 or @cite{e^x} will be expanded.  Finally, @cite{@t{ln}(x)} is simplified
22481 to a form involving @code{pi} and @code{i} where @cite{x} is provably
22482 negative, positive imaginary, or negative imaginary.
22484 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22485 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22486 function.
22488 @tex
22489 \bigskip
22490 @end tex
22492 Equations and inequalities are simplified by cancelling factors
22493 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
22494 change sign if a negative multiplicative factor is cancelled.
22495 Non-constant multiplicative factors as in @cite{a b = a c} are
22496 cancelled from equations only if they are provably nonzero (generally
22497 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
22498 are cancelled from inequalities only if they are nonzero and their
22499 sign is known.
22501 Simplification also replaces an equation or inequality with
22502 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
22503 declarations.  If @cite{x} is declared to be an integer greater
22504 than 5, then @cite{x < 3}, @cite{x = 3}, and @cite{x = 7.5} are
22505 all simplified to 0, but @cite{x > 3} is simplified to 1.
22506 By a similar analysis, @cite{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
22507 as is @cite{x^2 >= 0} if @cite{x} is known to be real.
22509 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
22510 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
22512 @noindent
22513 @cindex Unsafe simplifications
22514 @cindex Extended simplification
22515 @kindex a e
22516 @pindex calc-simplify-extended
22517 @ignore
22518 @mindex esimpl@idots
22519 @end ignore
22520 @tindex esimplify
22521 The @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
22522 is like @kbd{a s}
22523 except that it applies some additional simplifications which are not
22524 ``safe'' in all cases.  Use this only if you know the values in your
22525 formula lie in the restricted ranges for which these simplifications
22526 are valid.  The symbolic integrator uses @kbd{a e};
22527 one effect of this is that the integrator's results must be used with
22528 caution.  Where an integral table will often attach conditions like
22529 ``for positive @cite{a} only,'' Calc (like most other symbolic
22530 integration programs) will simply produce an unqualified result.@refill
22532 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
22533 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
22534 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
22535 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
22536 to any specific part of a formula.
22538 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied by
22539 the @kbd{a e} command.  These are applied in addition to
22540 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
22541 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
22543 Following is a complete list of ``unsafe'' simplifications performed
22544 by @kbd{a e}.
22546 @tex
22547 \bigskip
22548 @end tex
22550 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
22551 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified
22552 by @kbd{a e}.  For example, @cite{@t{arcsin}(@t{sin}(x))} changes
22553 to @cite{x}.  Also, @cite{@t{arcsin}(@t{cos}(x))} and
22554 @cite{@t{arccos}(@t{sin}(x))} both change to @cite{@t{pi}/2 - x}.
22555 These simplifications are unsafe because they are valid only for
22556 values of @cite{x} in a certain range; outside that range, values
22557 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
22558 functions always produce.
22560 Powers of powers @cite{(x^a)^b} are simplified to @c{$x^{a b}$}
22561 @cite{x^(a b)}
22562 for all @cite{a} and @cite{b}.  These results will be valid only
22563 in a restricted range of @cite{x}; for example, in @c{$(x^2)^{1:2}$}
22564 @cite{(x^2)^1:2}
22565 the powers cancel to get @cite{x}, which is valid for positive values
22566 of @cite{x} but not for negative or complex values.
22568 Similarly, @cite{@t{sqrt}(x^a)} and @cite{@t{sqrt}(x)^a} are both
22569 simplified (possibly unsafely) to @c{$x^{a/2}$}
22570 @cite{x^(a/2)}.
22572 Forms like @cite{@t{sqrt}(1 - @t{sin}(x)^2)} are simplified to, e.g.,
22573 @cite{@t{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
22574 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
22576 Arguments of square roots are partially factored to look for
22577 squared terms that can be extracted.  For example,
22578 @cite{@t{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to @cite{a b @t{sqrt}(a+b)}.
22580 The simplifications of @cite{@t{ln}(@t{exp}(x))}, @cite{@t{ln}(@t{e}^x)},
22581 and @cite{@t{log10}(10^x)} to @cite{x} are also unsafe because
22582 of problems with principal values (although these simplifications
22583 are safe if @cite{x} is known to be real).
22585 Common factors are cancelled from products on both sides of an
22586 equation, even if those factors may be zero:  @cite{a x / b x}
22587 to @cite{a / b}.  Such factors are never cancelled from
22588 inequalities:  Even @kbd{a e} is not bold enough to reduce
22589 @cite{a x < b x} to @cite{a < b} (or @cite{a > b}, depending
22590 on whether you believe @cite{x} is positive or negative).
22591 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
22592 both sides of an inequality.
22594 @node Simplification of Units, , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
22595 @subsection Simplification of Units
22597 @noindent
22598 The simplifications described in this section are applied by the
22599 @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command.  These are in addition
22600 to the regular @kbd{a s} (but not @kbd{a e}) simplifications described
22601 earlier.  @xref{Basic Operations on Units}.
22603 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
22604 the @kbd{u s} command.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
22605 and @code{AlgSimpRules}.
22607 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
22608 @xref{Matrix Mode}.
22610 Sums @cite{a + b} involving units are simplified by extracting the
22611 units of @cite{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
22612 @cite{u_a}), then simplifying the expression @cite{b / u_a}
22613 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
22614 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
22615 in terms of the units @cite{u_a}.
22617 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
22618 which the first argument is a number which is out of range for the
22619 leading unit are modified accordingly.
22621 When cancelling and combining units in products and quotients,
22622 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
22623 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
22624 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
22625 are not combined in this way.
22627 Quotients @cite{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
22628 if @cite{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
22629 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
22631 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
22632 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
22633 units of area) then they are replaced by the ratio between those
22634 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
22635 @samp{in / cm} will be replaced by @cite{2.54}.
22637 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
22638 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
22639 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
22641 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
22642 @cite{(a b)^c} to @cite{a^c b^c}, @cite{(a/b)^c} to @cite{a^c / b^c},
22643 and @cite{(a^b)^c} to @c{$a^{b c}$}
22644 @cite{a^(b c)} are done if the powers are
22645 real numbers.  (These are safe in the context of units because
22646 all numbers involved can reasonably be assumed to be real.)
22648 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
22649 base units in that unit name all occur to powers which are a
22650 multiple of the denominator of the power, then the unit name
22651 is expanded out into its base units, which can then be simplified
22652 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
22653 is simplified by noting that @cite{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
22654 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
22655 @code{m} is a multiple of 2 in @cite{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
22656 replaced by approximately @c{$(4046 m^2)^{1.5}$}
22657 @cite{(4046 m^2)^1.5}, which is then
22658 changed to @c{$4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}$}
22659 @cite{4046^1.5 (m^2)^1.5}, then to @cite{257440 m^3}.
22661 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
22662 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
22663 applied to unit names or products or quotients involving units, are
22664 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
22665 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
22666 and the righthand term simplifies to @code{in}.
22668 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
22669 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
22670 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
22671 with the angular mode temporarily set to radians.
22673 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
22674 @section Polynomials
22676 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
22677 various powers of a ``base'' variable.  For example, @cite{2 x^2 + 3 x - 4}
22678 is a polynomial in @cite{x}.  Some formulas can be considered
22679 polynomials in several different variables:  @cite{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
22680 is a polynomial in both @cite{x} and @cite{y}.  Polynomial coefficients
22681 are often numbers, but they may in general be any formulas not
22682 involving the base variable.
22684 @kindex a f
22685 @pindex calc-factor
22686 @tindex factor
22687 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
22688 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
22689 @cite{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
22690 example, @cite{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
22691 @cite{(a + b) (c + d)}.
22693 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
22694 linear in several variables, such as the second example above, are
22695 merged according to the distributive law.  Formulas which are
22696 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
22697 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
22698 terms.  The first example above factors into three linear terms
22699 (@cite{x}, @cite{x+1}, and @cite{x+1} again).  Finally, formulas
22700 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
22701 rewrite mechanism.
22703 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
22704 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
22705 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
22706 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
22707 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
22708 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
22709 integers (whose number of digits approaches the current precision).
22710 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
22711 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
22712 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
22713 version of Calc.)
22715 @vindex FactorRules
22716 @ignore
22717 @starindex
22718 @end ignore
22719 @tindex thecoefs
22720 @ignore
22721 @starindex
22722 @end ignore
22723 @ignore
22724 @mindex @idots
22725 @end ignore
22726 @tindex thefactors
22727 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
22728 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
22729 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
22730 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
22731 @cite{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
22732 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
22733 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
22734 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
22735 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
22736 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
22737 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
22738 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
22739 Calc then multiplies these terms together to get the complete
22740 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
22741 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
22742 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
22743 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
22744 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
22746 @kindex H a f
22747 @tindex factors
22748 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
22749 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
22750 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
22751 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
22752 @cite{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @cite{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
22753 in @kbd{a f}, or to @cite{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
22754 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
22755 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
22756 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @cite{x} with
22757 respect to the specific variable @cite{v}.  The default is to factor with
22758 respect to all the variables that appear in @cite{x}.
22760 @kindex a c
22761 @pindex calc-collect
22762 @tindex collect
22763 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
22764 formula as a
22765 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
22766 variable.  For example, given @cite{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
22767 the stack, @kbd{a c x} would produce @cite{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
22768 and @kbd{a c y} would produce @cite{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
22769 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
22770 necessary:  Collecting @cite{x} in @cite{(x - 1)^3} produces
22771 @cite{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @cite{x} will
22772 not be expanded.
22774 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
22775 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
22776 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
22777 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
22778 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
22780 @kindex a x
22781 @pindex calc-expand
22782 @tindex expand
22783 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
22784 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
22785 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
22786 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
22787 the distributive law is applied only the specified number of times, then
22788 the partially expanded expression is left on the stack.
22790 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
22791 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
22792 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
22793 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
22794 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
22795 also know many other kinds of expansions, such as
22796 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
22797 do not do.)
22799 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
22800 expansion.  For example, the first step in expanding @cite{(x+1)^3} is
22801 to write @cite{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
22802 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
22803 simplify it back to @cite{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
22804 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
22805 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
22806 the way in one step.
22808 @kindex a a
22809 @pindex calc-apart
22810 @tindex apart
22811 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
22812 rational function by partial fractions.  A rational function is the
22813 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
22814 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
22815 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
22816 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
22817 chooses the base variable automatically.
22819 @kindex a n
22820 @pindex calc-normalize-rat
22821 @tindex nrat
22822 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
22823 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
22824 For example, given @cite{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
22825 @cite{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
22826 @kbd{a n} will simplify @cite{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
22827 out the common factor @cite{x + 1}, yielding @cite{(x + 1) / (x - 1)}.
22829 @kindex a \
22830 @pindex calc-poly-div
22831 @tindex pdiv
22832 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
22833 two polynomials @cite{u} and @cite{v}, yielding a new polynomial
22834 @cite{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
22835 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
22836 with the largest power in @cite{u} first, or, in the case of equal
22837 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
22838 dividing @cite{x^2 + 3 x + 2} by @cite{x + 2} yields @cite{x + 1}.
22839 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
22840 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
22842 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
22843 variable to be used as the base: @code{pdiv(@var{a},@var{b},@var{x})}.
22844 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
22845 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
22846 above.
22848 @kindex a %
22849 @pindex calc-poly-rem
22850 @tindex prem
22851 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
22852 two polynomials and keeps the remainder @cite{r}.  The quotient
22853 @cite{q} is discarded.  For any formulas @cite{a} and @cite{b}, the
22854 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @cite{a = q b + r}.
22855 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
22856 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
22858 @kindex a /
22859 @kindex H a /
22860 @pindex calc-poly-div-rem
22861 @tindex pdivrem
22862 @tindex pdivide
22863 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
22864 divides two polynomials and reports both the quotient and the
22865 remainder as a vector @cite{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
22866 command divides two polynomials and constructs the formula
22867 @cite{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
22868 this will immediately simplify to @cite{q}.)
22870 @kindex a g
22871 @pindex calc-poly-gcd
22872 @tindex pgcd
22873 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
22874 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
22875 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
22876 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
22877 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
22878 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
22879 definition of GCD ensures that this division can take place without
22880 leaving a remainder.)
22882 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
22883 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
22884 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
22885 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
22886 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
22887 automatically transforms this into a polynomial over the field of
22888 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
22890 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
22891 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
22892 polynomial routines used in the above commands.
22894 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
22895 extracting the individual coefficients of a polynomial.
22897 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
22898 @section Calculus
22900 @noindent
22901 The following calculus commands do not automatically simplify their
22902 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
22903 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
22904 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
22905 readable way.
22907 @menu
22908 * Differentiation::
22909 * Integration::
22910 * Customizing the Integrator::
22911 * Numerical Integration::
22912 * Taylor Series::
22913 @end menu
22915 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
22916 @subsection Differentiation
22918 @noindent
22919 @kindex a d
22920 @kindex H a d
22921 @pindex calc-derivative
22922 @tindex deriv
22923 @tindex tderiv
22924 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
22925 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
22926 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
22927 in the formula other than the specified differentiation variable are
22928 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
22929 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
22930 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
22931 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
22932 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
22933 are considered constant, as are variables that have been declared
22934 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
22936 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
22937 @var{n}th derivative.
22939 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
22940 radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
22941 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
22942 answer!
22944 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
22945 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
22946 of @cite{f} with respect to @cite{x}, evaluated at the point @c{$x=x_0$}
22947 @cite{x=x0}.
22949 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
22950 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
22951 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
22952 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
22953 derivative of @code{f}.
22955 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
22956 the functions according to their defining formulas unless you have
22957 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
22958 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
22959 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
22960 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
22961 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
22962 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
22964 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
22965 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
22966 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
22967 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
22968 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
22969 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
22970 argument once).@refill
22972 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
22973 @subsection Integration
22975 @noindent
22976 @kindex a i
22977 @pindex calc-integral
22978 @tindex integ
22979 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
22980 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
22981 respect to a variable.  The integrator is not guaranteed to work for
22982 all integrable functions, but it is able to integrate several large
22983 classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational function
22984 (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.  (Rational functions
22985 don't have to be in explicit quotient form, however; @c{$x/(1+x^{-2})$}
22986 @cite{x/(1+x^-2)}
22987 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
22988 @cite{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
22989 @cite{x} and @cite{x^2} may appear in rational functions being
22990 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
22991 hyperbolic functions can be integrated.
22993 @ifinfo
22994 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
22995 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
22996 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
22997 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
22998 integral from @code{a} to @code{b}.
22999 @end ifinfo
23000 @tex  
23001 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23002 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23003 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23004 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23005 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
23006 @end tex
23008 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
23009 produces results that are significantly more complex than they need to
23010 be.  For example, the integral Calc finds for @c{$1/(x+\sqrt{x^2+1})$}
23011 @cite{1/(x+sqrt(x^2+1))}
23012 is several times more complicated than the answer Mathematica
23013 returns for the same input, although the two forms are numerically
23014 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
23015 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
23016 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
23017 Calc's solution for @c{$1/(1+\tan x)$}
23018 @cite{1/(1+tan(x))} differs from the solution given
23019 in the @emph{CRC Math Tables} by a constant factor of @c{$\pi i / 2$}
23020 @cite{pi i / 2},
23021 due to a different choice of constant of integration.
23023 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
23024 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
23025 from degrees to radians mode, then they will be thrown out.  If you
23026 suspect this is not happening when it should, use the
23027 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
23029 @vindex IntegLimit
23030 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
23031 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
23032 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
23033 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
23034 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
23035 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
23036 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
23037 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
23038 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
23039 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
23040 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
23041 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
23043 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
23044 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
23045 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
23046 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
23047 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
23049 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
23050 @subsection Customizing the Integrator
23052 @noindent
23053 @vindex IntegRules
23054 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
23055 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
23056 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
23057 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
23058 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
23059 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
23060 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
23061 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
23062 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
23063 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
23064 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
23065 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
23066 automatically made various transformations on the integral to allow it
23067 to use your rule; integral tables generally give rules for
23068 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
23069 in your @code{IntegRules}.
23071 @cindex Exponential integral Ei(x)
23072 @ignore
23073 @starindex
23074 @end ignore
23075 @tindex Ei
23076 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
23077 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
23078 integral'' function @c{${\rm Ei}(x)$}
23079 @cite{Ei(x)} was invented to describe it.
23080 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
23081 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
23082 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
23083 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
23084 work with Calc's various built-in integration methods (such as
23085 integration by substitution) to solve a variety of other problems
23086 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
23087 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
23088 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
23090 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
23091 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
23092 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
23093 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
23094 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
23095 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
23096 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
23097 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
23098 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still legal
23099 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
23100 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
23101 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
23102 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
23104 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
23105 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
23106 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
23107 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
23108 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
23109 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
23110 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
23111 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
23112 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
23113 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
23114 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
23115 it need not be.
23117 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
23118 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
23119 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
23120 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
23121 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
23122 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
23123 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
23124 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
23125 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
23126 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
23127 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
23128 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
23129 own with the information it knows, then your substitution rule will
23130 work only in very specific, simple cases.
23132 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
23133 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
23134 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
23135 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
23136 forever!)
23138 @vindex IntegSimpRules
23139 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
23140 every time the integrator uses @kbd{a s} to simplify an intermediate
23141 result.  For example, putting the rule @samp{twice(x) := 2 x} into
23142 @code{IntegSimpRules} would tell Calc to convert the @code{twice}
23143 function into a form it knows whenever integration is attempted.
23145 One more way to influence the integrator is to define a function with
23146 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
23147 integrator automatically expands such functions according to their
23148 defining formulas, even if you originally asked for the function to
23149 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
23150 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
23151 do this.)
23153 @vindex IntegAfterRules
23154 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
23155 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
23156 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
23157 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
23158 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
23159 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
23160 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
23161 (It also does an @kbd{a s}, without @code{IntegSimpRules}, after that
23162 to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
23163 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
23164 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
23165 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
23166 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
23167 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
23168 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
23169 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
23170 @code{IntegSimpRules}.
23172 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
23173 @subsection Numerical Integration
23175 @noindent
23176 @kindex a I
23177 @pindex calc-num-integral
23178 @tindex ninteg
23179 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23180 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23181 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23182 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23183 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23184 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23186 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23187 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23188 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23189 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23190 the Romberg method works especially well when the function being
23191 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23192 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23193 determine the value of the integral.
23195 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23196 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23197 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23198 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23199 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23200 well-behaved in the specified interval.
23202 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23203 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23204 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23205 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23206 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23207 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23208 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23210 @node Taylor Series, , Numerical Integration, Calculus
23211 @subsection Taylor Series
23213 @noindent
23214 @kindex a t
23215 @pindex calc-taylor
23216 @tindex taylor
23217 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23218 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23219 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23220 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23221 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23222 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23223 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23224 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23225 may appear to get fewer terms than you asked for.@refill
23227 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23228 function, you can get an approximation by integrating the function's
23229 Taylor series.
23231 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23232 @section Solving Equations
23234 @noindent
23235 @kindex a S
23236 @pindex calc-solve-for
23237 @tindex solve
23238 @cindex Equations, solving
23239 @cindex Solving equations
23240 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23241 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23242 expression of the form @cite{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23243 will rearrange @cite{y = 3x + 6} to the form, @cite{x = y/3 - 2}.  If the
23244 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23245 form @cite{X = 0}.
23247 This command also works for inequalities, as in @cite{y < 3x + 6}.
23248 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23249 be; for example, solving @c{$a < b \, c$}
23250 @cite{a < b c} for @cite{b} is impossible
23251 without knowing the sign of @cite{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23252 produce the result @c{$b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c$}
23253 @cite{b != a/c} (using the not-equal-to operator)
23254 to signify that the direction of the inequality is now unknown.  The
23255 inequality @c{$a \le b \, c$}
23256 @cite{a <= b c} is not even partially solved.
23257 @xref{Declarations}, for a way to tell Calc that the signs of the
23258 variables in a formula are in fact known.
23260 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23261 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @cite{x = y/3 - 2}
23262 to @cite{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23263 another formula with @cite{x} set equal to @cite{y/3 - 2}.
23265 @menu 
23266 * Multiple Solutions::
23267 * Solving Systems of Equations::
23268 * Decomposing Polynomials::
23269 @end menu
23271 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23272 @subsection Multiple Solutions
23274 @noindent
23275 @kindex H a S
23276 @tindex fsolve
23277 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23278 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23279 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23280 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23281 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23282 signs (either @i{+1} or @i{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23283 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23284 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23285 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23286 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23287 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23288 of these variables.
23290 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23291 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23292 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23293 think about it is that the square-root operation is really a
23294 two-valued function; since every Calc function must return a
23295 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23296 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23297 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23299 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23300 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23301 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23302 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23303 Calc will report @cite{y = 9} as a valid solution, which is true
23304 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23305 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23306 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23308 @cindex @code{GenCount} variable
23309 @vindex GenCount
23310 @ignore
23311 @starindex
23312 @end ignore
23313 @tindex an
23314 @ignore
23315 @starindex
23316 @end ignore
23317 @tindex as
23318 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23319 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23320 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23321 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23322 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23323 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23324 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23325 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23326 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23327 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23328 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23329 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23330 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23331 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23333 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23334 way to create or edit this variable.  Press @kbd{M-# M-#} to finish.
23336 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23337 in that variable is not a positive integer, the regular
23338 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23340 @kindex I a S
23341 @kindex H I a S
23342 @tindex finv
23343 @tindex ffinv
23344 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23345 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23346 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23347 For example, @kbd{I a S x} inverts @cite{2x + 6} to @cite{x/2 - 3}.
23348 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23349 fully general inverse, as described above.
23351 @kindex a P
23352 @pindex calc-poly-roots
23353 @tindex roots
23354 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23355 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23356 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23357 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23358 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23359 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23360 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23361 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23362 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23363 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23364 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23365 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23366 reported; @pxref{Declarations}.)
23368 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23369 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23370 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23371 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @cite{x^4}
23372 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23373 can be:  @cite{x^6 + x^3 + 1} is converted to @cite{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23374 which can be solved for @cite{x^3} using the quadratic equation, and then
23375 for @cite{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23376 @cite{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23377 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23378 list of numerical roots, however, provided that symbolic mode (@kbd{m s})
23379 is not turned on.  (If you work with symbolic mode on, recall that the
23380 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23381 formula on the stack with symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23382 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficents
23383 are all numbers (real or complex).
23385 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23386 @subsection Solving Systems of Equations
23388 @noindent
23389 @cindex Systems of equations, symbolic
23390 You can also use the commands described above to solve systems of
23391 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23392 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23393 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23394 at the prompt.)
23396 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23397 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23398 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23399 have the same length as the variables vector, and the variables
23400 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23401 are not always simplified as far as possible; the solution for
23402 @cite{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23403 command.
23405 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23406 time by solving one of the equations for that variable and then
23407 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23408 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23409 first tries to eliminate the first variable with the first
23410 equation, then the second variable with the second equation,
23411 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23412 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23413 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23414 nonlinear systems.
23416 @ignore
23417 @starindex
23418 @end ignore
23419 @tindex elim
23420 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23421 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23422 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23423 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23424 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23425 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23426 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23427 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23428 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23429 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23430 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23431 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23433 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23434 Calc simply eliminates those variables from the equations
23435 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23436 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23437 eliminated will reduce the number of equations in the system
23438 by one.
23440 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23441 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23442 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23443 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23444 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23445 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23446 variables you requested.)
23448 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23449 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23450 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23452 @node Decomposing Polynomials, , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23453 @subsection Decomposing Polynomials
23455 @noindent
23456 @ignore
23457 @starindex
23458 @end ignore
23459 @tindex poly
23460 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23461 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23462 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23463 @cite{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @cite{x},
23464 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
23465 not involve the variable @cite{x}, the input is returned in a list
23466 of length one, representing a polynomial with only a constant
23467 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @cite{[0, 1]}.
23468 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
23469 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @cite{[]}.
23470 Note also that @cite{x} may actually be any formula; for example,
23471 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @cite{[3, -1, 1]}.
23473 @cindex Coefficients of polynomial
23474 @cindex Degree of polynomial
23475 To get the @cite{x^k} coefficient of polynomial @cite{p}, use
23476 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @cite{p},
23477 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
23478 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
23479 gives the @cite{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
23481 @ignore
23482 @starindex
23483 @end ignore
23484 @tindex gpoly
23485 One important feature of the solver is its ability to recognize
23486 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
23487 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
23488 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
23489 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
23490 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
23491 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
23492 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
23493 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
23494 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
23495 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
23496 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
23497 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
23498 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
23499 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
23500 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
23501 is considered trivial.
23503 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
23504 since the expanded form of this polynomial is @cite{4 - 4 x + x^2}.
23506 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
23507 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
23508 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
23509 since a quadratic polynomial in @cite{x^2} is easier to solve than
23510 a quartic polynomial in @cite{x}.
23512 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
23513 discover:
23515 @smallexample
23516 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
23517 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
23518 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
23519 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
23520 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
23521 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
23522 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
23523 @end smallexample
23525 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
23526 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
23527 If this is @cite{n}, then only @var{c} vectors of length @cite{n+1}
23528 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
23529 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
23530 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
23531 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
23532 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
23534 @ignore
23535 @starindex
23536 @end ignore
23537 @tindex pdeg
23538 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
23539 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
23540 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
23541 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
23542 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
23543 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
23544 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
23545 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
23546 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
23547 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
23548 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
23549 (minus infinity).
23551 @ignore
23552 @starindex
23553 @end ignore
23554 @tindex plead
23555 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
23556 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
23557 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
23558 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
23559 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @cite{p = 0}.
23561 @ignore
23562 @starindex
23563 @end ignore
23564 @tindex pcont
23565 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
23566 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
23567 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
23568 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
23569 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
23570 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
23571 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
23572 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
23573 coefficient.
23575 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
23576 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
23577 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
23578 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
23579 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
23580 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
23581 Dividing the polynomial by this number will clear all the
23582 denominators, as well as dividing by any common content in the
23583 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
23584 if all the coefficients in the polynomial are negative.
23586 @ignore
23587 @starindex
23588 @end ignore
23589 @tindex pprim
23590 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
23591 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
23592 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
23593 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
23594 terms.
23596 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
23597 @section Numerical Solutions
23599 @noindent
23600 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
23601 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
23602 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
23603 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
23604 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
23606 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
23607 on numerical data.)
23609 @menu
23610 * Root Finding::
23611 * Minimization::
23612 * Numerical Systems of Equations::
23613 @end menu
23615 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
23616 @subsection Root Finding
23618 @noindent
23619 @kindex a R
23620 @pindex calc-find-root
23621 @tindex root
23622 @cindex Newton's method
23623 @cindex Roots of equations
23624 @cindex Numerical root-finding
23625 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
23626 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
23627 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
23628 of formula, it is interpreted as an equation of the form @cite{X = 0}.)
23630 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
23631 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
23632 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
23633 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
23634 a value is assigned to the solution variable and the formula is
23635 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
23636 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
23637 this command.
23639 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
23640 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
23641 solves the equation, and the difference between the lefthand and
23642 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
23643 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
23644 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
23645 number may be slightly different from the value you would compute from
23646 the equation yourself.)
23648 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
23649 the first element of the result vector, discarding the error term.
23651 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
23652 for a real solution near that number, or a complex number, in which
23653 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
23654 solution, or it can be an interval form which restricts the search
23655 to real numbers inside that interval.
23657 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
23658 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
23659 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
23660 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
23661 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
23662 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
23663 complex number, the function must be differentiable.
23665 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
23666 is negative at one end of the interval you specify and positive at
23667 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
23668 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
23669 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
23670 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
23672 @kindex H a R
23673 @tindex wroot
23674 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
23675 that if the initial guess is an interval for which the function has
23676 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
23677 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
23678 you are not sure if the function has a root in your interval.
23680 If the function is not differentiable, and you give a simple number
23681 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
23682 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
23683 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
23684 require a bounding interval in order to work.)
23686 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
23687 form on the stack, it will normally display an explanation for why
23688 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
23689 (@code{calc-why}) to get it back.
23691 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
23692 @subsection Minimization
23694 @noindent
23695 @kindex a N
23696 @kindex H a N
23697 @kindex a X
23698 @kindex H a X
23699 @pindex calc-find-minimum
23700 @pindex calc-find-maximum
23701 @tindex minimize
23702 @tindex maximize
23703 @cindex Minimization, numerical
23704 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
23705 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
23706 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
23707 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
23708 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
23709 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
23710 value of the variable which minimizes the formula's value, along
23711 with the minimum value itself.
23713 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
23714 have more than one minimum; some, like @c{$x \sin x$}
23715 @cite{x sin(x)}, have infinitely
23716 many.  In fact, there is no easy way to define the ``global'' minimum
23717 of @c{$x \sin x$}
23718 @cite{x sin(x)} but Calc can still locate any particular local minimum
23719 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
23720 finds a point at which the function's value is greater both to the left
23721 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
23723 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
23724 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
23725 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @cite{17 x}
23726 over @cite{[2..3]} will return @cite{[2, 38]}, but minimizing over
23727 @cite{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
23728 use closed intervals to find literally the minimum value in that
23729 range of @cite{x}, or open intervals to find the local minimum, if
23730 any, that happens to lie in that range.
23732 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
23733 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
23734 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
23735 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
23736 answer.
23738 @ignore
23739 @mindex wmin@idots
23740 @end ignore
23741 @tindex wminimize
23742 @ignore
23743 @mindex wmax@idots
23744 @end ignore
23745 @tindex wmaximize
23746 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
23747 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
23748 that the minimum lie inside the interval you supply.
23750 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
23751 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
23752 negative of the formula you supply.
23754 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
23755 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
23756 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
23757 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
23758 be minimized over the reals.
23760 @node Numerical Systems of Equations, , Minimization, Numerical Solutions
23761 @subsection Systems of Equations
23763 @noindent
23764 @cindex Systems of equations, numerical
23765 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
23766 case, the equation should instead be a vector of equations, the
23767 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
23768 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
23769 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
23770 equation must be differentiable by each variable for this mode to
23771 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
23772 values that solved the system of equations, and the differences
23773 between the sides of the equations with those variable values.
23774 There must be the same number of equations as variables.  Since
23775 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
23776 no effect when solving a system of equations.
23778 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
23779 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
23780 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
23781 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
23782 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
23783 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
23784 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
23786 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
23787 @section Curve Fitting
23789 @noindent
23790 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
23791 such as @cite{y = m x + b} where @cite{m} and @cite{b} are parameters
23792 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
23793 no single @cite{m} and @cite{b} that exactly fit the data; in this
23794 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
23795 possible fit.
23797 @menu
23798 * Linear Fits::
23799 * Polynomial and Multilinear Fits::
23800 * Error Estimates for Fits::
23801 * Standard Nonlinear Models::
23802 * Curve Fitting Details::
23803 * Interpolation::
23804 @end menu
23806 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
23807 @subsection Linear Fits
23809 @noindent
23810 @kindex a F
23811 @pindex calc-curve-fit
23812 @tindex fit
23813 @cindex Linear regression
23814 @cindex Least-squares fits
23815 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
23816 to fit a set of data (@cite{x} and @cite{y} vectors of numbers) to a
23817 straight line, polynomial, or other function of @cite{x}.  For the
23818 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
23819 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
23820 fit for the data.
23822 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @cite{(x,y)}
23823 data points that we wish to fit to the model @cite{y = m x + b}
23824 by adjusting the parameters @cite{m} and @cite{b} to make the @cite{y}
23825 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
23826 @cite{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
23827 instead, say, @cite{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
23828 we have data points of the form @cite{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
23829 @cite{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
23831 In the model formula, variables like @cite{x} and @cite{x_2} are called
23832 the @dfn{independent variables}, and @cite{y} is the @dfn{dependent
23833 variable}.  Variables like @cite{m}, @cite{a}, and @cite{b} are called
23834 the @dfn{parameters} of the model.
23836 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
23837 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
23838 for a linear or polynomial fit, this would be a @c{$2\times N$}
23839 @asis{2xN} matrix where
23840 the first row is a list of @cite{x} values and the second row has the
23841 corresponding @cite{y} values.  For the multilinear fit shown above,
23842 the matrix would have four rows (@cite{x_1}, @cite{x_2}, @cite{x_3}, and
23843 @cite{y}, respectively).
23845 If you happen to have an @c{$N\times2$}
23846 @asis{Nx2} matrix instead of a @c{$2\times N$}
23847 @asis{2xN} matrix,
23848 just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
23850 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
23851 linear fit, press the digit @kbd{1}.
23853 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
23854 high letters like @cite{x} and @cite{y} for independent variables and
23855 low letters like @cite{a} and @cite{b} for parameters.  (The dependent
23856 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
23857 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
23858 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
23859 name only those and let the parameters use default names.
23861 For example, suppose the data matrix
23863 @ifinfo
23864 @example
23865 @group
23866 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
23867   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
23868 @end group
23869 @end example
23870 @end ifinfo
23871 @tex
23872 \turnoffactive
23873 \turnoffactive
23874 \beforedisplay
23875 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
23876              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
23878 \afterdisplay
23879 @end tex
23881 @noindent
23882 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
23883 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @key{RET} to use
23884 the default names.  The result will be the formula @cite{3 + 2 x}
23885 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
23886 then found the optimal values of @cite{a} and @cite{b} to fit the
23887 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
23888 substituted those values for @cite{a} and @cite{b} in the model
23889 formula.
23891 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
23892 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
23893 a vector of the actual parameter values, written as equations:
23894 @cite{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
23895 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
23896 to move this vector to the stack; see @ref{Trail Commands}.
23898 Specifying a different independent variable name will affect the
23899 resulting formula: @kbd{a F 1 k @key{RET}} produces @kbd{3 + 2 k}.
23900 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m @key{RET}}) will affect
23901 the equations that go into the trail.
23903 @tex
23904 \bigskip
23905 @end tex
23907 To see what happens when the fit is not exact, we could change
23908 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
23909 The result is:
23911 @example
23912 2.6 + 2.2 x
23913 @end example
23915 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 @key{RET} @key{TAB} V M $ @key{RET}}, shows
23916 a reasonably close match to the y-values in the data.
23918 @example
23919 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
23920 @end example
23922 Since there is no line which passes through all the @var{n} data points,
23923 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
23924 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
23925 error measure
23927 @ifinfo
23928 @example
23929 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
23930 @end example
23931 @end ifinfo
23932 @tex
23933 \turnoffactive
23934 \beforedisplay
23935 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
23936 \afterdisplay
23937 @end tex
23939 @noindent
23940 which is clearly zero if @cite{a + b x} exactly fits all data points,
23941 and increases as various @cite{a + b x_i} values fail to match the
23942 corresponding @cite{y_i} values.  There are several reasons why the
23943 summand is squared, one of them being to ensure that @c{$\chi^2 \ge 0$}
23944 @cite{chi^2 >= 0}.
23945 Least-squares fitting simply chooses the values of @cite{a} and @cite{b}
23946 for which the error @c{$\chi^2$}
23947 @cite{chi^2} is as small as possible.
23949 Other kinds of models do the same thing but with a different model
23950 formula in place of @cite{a + b x_i}.
23952 @tex
23953 \bigskip
23954 @end tex
23956 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
23957 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @var{n}
23958 will take @var{N} items from the stack, corresponding to the @var{n} rows
23959 of a data matrix.  In the linear case, @var{n} must be 2 since there
23960 is always one independent variable and one dependent variable.
23962 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
23963 items from the stack, an @var{n}-row matrix of @cite{x} values, and a
23964 vector of @cite{y} values.  If there is only one independent variable,
23965 the @cite{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
23966 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
23968 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
23969 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
23971 @noindent
23972 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
23973 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
23974 we could fit the original data matrix from the previous section
23975 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
23976 @kbd{a F 2 @key{RET}}.
23978 @example
23979 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
23980 @end example
23982 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
23983 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
23984 for @cite{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
23985 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
23986 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get fraction mode.
23987 Then the @cite{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
23988 the data being fitted will be approximate floats so fraction mode
23989 won't help.)
23991 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
23992 gives a much larger @cite{x^2} contribution, as Calc bends the
23993 line slightly to improve the fit.
23995 @example
23996 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
23997 @end example
23999 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
24000 is always possible to fit @var{n} data points exactly using a polynomial
24001 of degree @i{@var{n}-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
24002 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
24003 a polynomial that exactly matches all five data points:
24005 @example
24006 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
24007 @end example
24009 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
24010 @cite{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
24011 It is a good idea to increase the working precision to several
24012 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
24013 Or, if your data are exact, use fraction mode to get exact
24014 results.
24016 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
24017 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
24018 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
24019 automatically.
24021 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
24022 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
24023 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
24024 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
24025 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
24026 command described below.  @xref{Interpolation}.
24028 @tex
24029 \bigskip
24030 @end tex
24032 Another generalization of the linear model is to assume the
24033 @cite{y} values are a sum of linear contributions from several
24034 @cite{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
24035 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
24036 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
24038 Given the data matrix,
24040 @example
24041 @group
24042 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
24043   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
24044   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
24045 @end group
24046 @end example
24048 @noindent
24049 the command @kbd{a F 1 @key{RET}} will call the first row @cite{x} and the
24050 second row @cite{y}, and will fit the values in the third row to the
24051 model @cite{a + b x + c y}.
24053 @example
24054 8. + 3. x + 0.5 y
24055 @end example
24057 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
24058 (i.e., with any number of data rows).
24060 @tex
24061 \bigskip
24062 @end tex
24064 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
24065 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
24066 means the model formula is simply @cite{a x}; in the multilinear
24067 case, the model might be @cite{a x + b y + c z}; and in the polynomial
24068 case, the model could be @cite{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
24069 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
24070 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
24072 It is certainly possible to have other constrained linear models,
24073 like @cite{2.3 + a x} or @cite{a - 4 x}.  While there is no single
24074 key to select models like these, a later section shows how to enter
24075 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
24076 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
24078 Another class of models that will work but must be entered by hand
24079 are multinomial fits, e.g., @cite{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
24081 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
24082 @subsection Error Estimates for Fits
24084 @noindent
24085 @kindex H a F
24086 @tindex efit
24087 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
24088 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
24089 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
24090 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
24092 @example
24093 3. + 2. x
24094 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
24095 @end example
24097 In the first case the estimated errors are zero because the linear
24098 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
24099 moderately small, because the data are still very close to linear.
24101 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
24102 contain error forms.  The data values must either all include errors
24103 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
24104 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
24105 row contains error forms
24106 `@var{y_i}@w{ @t{+/-} }@c{$\sigma_i$}
24107 @var{sigma_i}', then the @c{$\chi^2$}
24108 @cite{chi^2}
24109 statistic is now,
24111 @ifinfo
24112 @example
24113 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
24114 @end example
24115 @end ifinfo
24116 @tex
24117 \turnoffactive
24118 \beforedisplay
24119 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
24120 \afterdisplay
24121 @end tex
24123 @noindent
24124 so that data points with larger error estimates contribute less to
24125 the fitting operation.
24127 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
24128 errors for a given data point are combined; the square root of the
24129 sum of the squares of the errors forms the @c{$\sigma_i$}
24130 @cite{sigma_i} used for
24131 the data point.
24133 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
24134 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
24135 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
24136 estimates.
24138 If the input contains error forms but all the @c{$\sigma_i$}
24139 @cite{sigma_i} values are
24140 the same, it is easy to see that the resulting fitted model will be
24141 the same as if the input did not have error forms at all (@c{$\chi^2$}
24142 @cite{chi^2}
24143 is simply scaled uniformly by @c{$1 / \sigma^2$}
24144 @cite{1 / sigma^2}, which doesn't affect
24145 where it has a minimum).  But there @emph{will} be a difference
24146 in the estimated errors of the coefficients reported by @kbd{H a F}.
24148 Consult any text on statistical modelling of data for a discussion
24149 of where these error estimates come from and how they should be
24150 interpreted.
24152 @tex
24153 \bigskip
24154 @end tex
24156 @kindex I a F
24157 @tindex xfit
24158 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
24159 information.  The result is a vector of six items:
24161 @enumerate
24162 @item
24163 The model formula with error forms for its coefficients or
24164 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
24165 produced.
24167 @item
24168 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
24169 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
24170 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
24171 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @cite{d}, this vector
24172 will have length @cite{M = d+1} with the constant term first.
24174 @item
24175 The covariance matrix @cite{C} computed from the fit.  This is
24176 an @var{m}x@var{m} symmetric matrix; the diagonal elements
24177 @c{$C_{jj}$}
24178 @cite{C_j_j} are the variances @c{$\sigma_j^2$}
24179 @cite{sigma_j^2} of the parameters.
24180 The other elements are covariances @c{$\sigma_{ij}^2$}
24181 @cite{sigma_i_j^2} that describe the
24182 correlation between pairs of parameters.  (A related set of
24183 numbers, the @dfn{linear correlation coefficients} @c{$r_{ij}$}
24184 @cite{r_i_j},
24185 are defined as @c{$\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j$}
24186 @cite{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
24188 @item
24189 A vector of @cite{M} ``parameter filter'' functions whose
24190 meanings are described below.  If no filters are necessary this
24191 will instead be an empty vector; this is always the case for the
24192 polynomial and multilinear fits described so far.
24194 @item
24195 The value of @c{$\chi^2$}
24196 @cite{chi^2} for the fit, calculated by the formulas
24197 shown above.  This gives a measure of the quality of the fit;
24198 statisticians consider @c{$\chi^2 \approx N - M$}
24199 @cite{chi^2 = N - M} to indicate a moderately good fit
24200 (where again @cite{N} is the number of data points and @cite{M}
24201 is the number of parameters).
24203 @item
24204 A measure of goodness of fit expressed as a probability @cite{Q}.
24205 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24206 function using @c{$\chi^2$}
24207 @cite{chi^2} with @cite{N - M} degrees of freedom.  A
24208 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24209 @cite{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24210 particular, @c{$\chi^2$}
24211 @cite{chi^2} statistics assume the errors in your inputs
24212 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24213 have to accept smaller values of @cite{Q}.
24215 The @cite{Q} value is computed only if the input included error
24216 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24217 for @cite{Q}.  The reason is that in this case the @c{$\chi^2$}
24218 @cite{chi^2}
24219 value has effectively been used to estimate the original errors
24220 in the input, and thus there is no redundant information left
24221 over to use for a confidence test.
24222 @end enumerate
24224 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24225 @subsection Standard Nonlinear Models
24227 @noindent
24228 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24229 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24230 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24232 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24234 @table @kbd
24235 @item 1
24236 Linear or multilinear.  @i{a + b x + c y + d z}.
24237 @item 2-9
24238 Polynomials.  @i{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24239 @item e
24240 Exponential.  @i{a} @t{exp}@i{(b x)} @t{exp}@i{(c y)}.
24241 @item E
24242 Base-10 exponential.  @i{a} @t{10^}@i{(b x)} @t{10^}@i{(c y)}.
24243 @item x
24244 Exponential (alternate notation).  @t{exp}@i{(a + b x + c y)}.
24245 @item X
24246 Base-10 exponential (alternate).  @t{10^}@i{(a + b x + c y)}.
24247 @item l
24248 Logarithmic.  @i{a + b} @t{ln}@i{(x) + c} @t{ln}@i{(y)}.
24249 @item L
24250 Base-10 logarithmic.  @i{a + b} @t{log10}@i{(x) + c} @t{log10}@i{(y)}.
24251 @item ^
24252 General exponential.  @i{a b^x c^y}.
24253 @item p
24254 Power law.  @i{a x^b y^c}.
24255 @item q
24256 Quadratic.  @i{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24257 @item g
24258 Gaussian.  @c{${a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)$}
24259 @i{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24260 @end table
24262 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24263 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24264 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24265 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24266 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24268 All models except Gaussian and polynomials can generalize as shown to any
24269 number of independent variables.  Also, all the built-in models have an
24270 additive or multiplicative parameter shown as @cite{a} in the above table
24271 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24272 before the model key.
24274 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24275 the parameters slightly differently.  For example, @cite{a b^x} and
24276 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24277 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24278 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24279 matches the problem.
24281 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24282 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24283 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24284 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24285 @cite{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24286 @cite{b} is what it calls the ``slope.''
24288 @tex
24289 \bigskip
24290 @end tex
24292 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24293 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24294 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24295 will work, though---see the next section for details.)
24297 The model can also be an equation like @cite{y = m x + b}.
24298 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24299 equal terms; this model effectively has two parameters
24300 (@cite{m} and @cite{b}) and two independent variables (@cite{x}
24301 and @cite{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24302 do not need to take this @cite{y =} form.  For example, the
24303 implicit line equation @cite{a x + b y = 1} works fine as a
24304 model.
24306 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24307 the variables that appear in the model.  These are used for the
24308 default parameters, independent variables, and dependent variable
24309 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24310 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24311 and thus does not need a name.
24313 For example, if the model formula has the variables @cite{a,mu,sigma,t,x},
24314 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24315 Calc will use @cite{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24316 data rows will be named @cite{t} and @cite{x}, respectively.  If you
24317 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @cite{a,mu}
24318 as the parameters, and @cite{sigma,t,x} as the three independent
24319 variables.
24321 You can, of course, override these choices by entering something
24322 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24323 those variables must have stored values and those stored values will
24324 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24325 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24326 If you list only independent variables, all the remaining variables
24327 in the model formula will become parameters.
24329 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24330 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24331 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24332 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24333 a linear model.
24335 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24336 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24337 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24338 choose which variables in the formula are independent by default and
24339 which are parameters.
24341 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24342 two or three elements, @cite{[@var{model}, @var{vars}]} or
24343 @cite{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24344 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24345 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24346 those listed as @var{vars} are parameters.)@refill
24348 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24349 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24351 @tex
24352 \bigskip
24353 @end tex
24355 @vindex Model1
24356 @vindex Model2
24357 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24358 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24359 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24360 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24361 accept for a model on the stack.
24363 @tex
24364 \bigskip
24365 @end tex
24367 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24368 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24369 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24370 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24371 returns results in the range from @i{-90} to 90 degrees (or the
24372 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24373 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24374 so that the argument of the sine might go from zero to @c{$3\times360$}
24375 @i{3*360} degrees.
24376 The above model would appear to be a good way to determine the
24377 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24378 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24379 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @cite{t}, but
24380 the lefthand side will bounce back and forth between @i{-90} and 90.
24381 No values of @cite{a} and @cite{b} can make the two sides match,
24382 even approximately.
24384 There is no good solution to this problem at present.  You could
24385 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24386 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24387 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24388 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24389 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24390 taking Fourier and related transforms.)
24392 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24393 @subsection Curve Fitting Details
24395 @noindent
24396 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24397 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24398 @cite{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @cite{a,b,c}
24399 are the parameters and @cite{x,y,z} are the independent variables
24400 (of course there can be any number of each, not just three).
24402 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24403 to convert the model into this form.  For example, if the model
24404 is @cite{a + b x + c x^2}, then @cite{f(x) = 1}, @cite{g(x) = x},
24405 and @cite{h(x) = x^2} are suitable functions.
24407 For other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24408 to try to put the problem into the form
24410 @smallexample
24411 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)
24412 @end smallexample
24414 @noindent
24415 where @cite{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24416 @cite{Y}, @cite{F}, @cite{G}, and @cite{H} for all the data points,
24417 does a standard linear fit to find the values of @cite{A}, @cite{B},
24418 and @cite{C}, then uses the equation solver to solve for @cite{a,b,c}
24419 in terms of @cite{A,B,C}.
24421 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24422 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24423 model @cite{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24424 can be rewritten as follows:
24426 @example
24427 y = a x^b
24428 y = a exp(b ln(x))
24429 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24430 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24431 @end example
24433 @noindent
24434 which matches the desired form with @c{$Y = \ln(y)$}
24435 @cite{Y = ln(y)}, @c{$A = \ln(a)$}
24436 @cite{A = ln(a)},
24437 @cite{F = 1}, @cite{B = b}, and @c{$G = \ln(x)$}
24438 @cite{G = ln(x)}.  Calc thus computes
24439 the logarithms of your @cite{y} and @cite{x} values, does a linear fit
24440 for @cite{A} and @cite{B}, then solves to get @c{$a = \exp(A)$}
24441 @cite{a = exp(A)} and
24442 @cite{b = B}.
24444 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
24445 be handled by expanding according to the distributive law.
24447 @example
24448 y = a + b*(x - c)^2
24449 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
24450 @end example
24452 @noindent
24453 which matches with @cite{Y = y}, @cite{A = a + b c^2}, @cite{F = 1},
24454 @cite{B = -2 b c}, @cite{G = x} (the @i{-2} factor could just as easily
24455 have been put into @cite{G} instead of @cite{B}), @cite{C = b}, and
24456 @cite{H = x^2}.
24458 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
24459 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
24460 exponential that can be brought to the top and moved into @cite{Y}.
24462 An example of a model that cannot be put into general linear
24463 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
24464 @cite{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
24465 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
24466 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
24467 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
24468 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
24469 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
24470 Note that some models can be linearized in several ways.  The
24471 Gaussian-plus-@var{d} model can be linearized by setting @cite{d}
24472 (the background) to a constant, or by setting @cite{b} (the standard
24473 deviation) and @cite{c} (the mean) to constants.
24475 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
24476 store suitable values in those parameter variables, then omit them
24477 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
24479 @tex
24480 \bigskip
24481 @end tex
24483 A last desperate step would be to use the general-purpose
24484 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
24485 functions solve the problem of minimizing an expression (the @c{$\chi^2$}
24486 @cite{chi^2}
24487 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
24488 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
24489 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
24490 command can do the same thing by brute force.
24492 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
24493 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
24494 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
24495 to be minimized would be the value of @c{$\chi^2$}
24496 @cite{chi^2} returned as
24497 the fifth result of the @code{xfit} function:
24499 @smallexample
24500 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
24501 @end smallexample
24503 @noindent
24504 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
24505 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
24506 the initial guess for @cite{d} that @code{minimize} requires.
24507 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
24508 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
24509 were used by itself to solve the problem).
24511 @tex
24512 \bigskip
24513 @end tex
24515 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
24516 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
24517 vector of ``raw'' parameters @cite{A}, @cite{B}, @cite{C}.  The
24518 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
24519 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
24520 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
24521 as the requested parameters, i.e., if @cite{A = a}, @cite{B = b},
24522 and so on (which is always true if the model is already linear
24523 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
24524 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
24525 of one formula per parameter in the original model.  The raw
24526 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
24527 @samp{fitdummy(1)} for @cite{A}, @samp{fitdummy(2)} for @cite{B},
24528 and so on.
24530 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
24531 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
24532 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
24533 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
24534 values to be substituted into the original model.  In the case of
24535 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
24536 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
24537 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
24538 standard error-form arithmetic take it from there.
24540 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
24541 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
24542 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
24543 figure out how to interpret the covariances in the presence of
24544 nontrivial filter functions.
24546 Things are also complicated when the input contains error forms.
24547 Suppose there are three independent and dependent variables, @cite{x},
24548 @cite{y}, and @cite{z}, one or more of which are error forms in the
24549 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
24550 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @cite{x}
24551 and @cite{y} to be plain numbers, and makes @cite{z} into an error
24552 form with this combined error.  The @cite{Y(x,y,z)} part of the
24553 linearized model is evaluated, and the result should be an error
24554 form.  The error part of that result is used for @c{$\sigma_i$}
24555 @cite{sigma_i} for
24556 the data point.  If for some reason @cite{Y(x,y,z)} does not return
24557 an error form, the combined error from @cite{z} is used directly
24558 for @c{$\sigma_i$}
24559 @cite{sigma_i}.  Finally, @cite{z} is also stripped of its error
24560 for use in computing @cite{F(x,y,z)}, @cite{G(x,y,z)} and so on;
24561 the righthand side of the linearized model is computed in regular
24562 arithmetic with no error forms.
24564 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
24565 the most reasonable thing in the typical case that @cite{Y(x,y,z)}
24566 depends only on the dependent variable @cite{z}, and in fact is
24567 often simply equal to @cite{z}.  For common cases like polynomials
24568 and multilinear models, the combined error is simply used as the
24569 @c{$\sigma$}
24570 @cite{sigma} for the data point with no further ado.)
24572 @tex
24573 \bigskip
24574 @end tex
24576 @vindex FitRules
24577 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
24578 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
24579 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
24580 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
24581 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
24582 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
24583 @xref{Operations on Variables}.
24585 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
24587 @ignore
24588 @starindex
24589 @end ignore
24590 @tindex fitvar
24591 @ignore
24592 @starindex
24593 @end ignore
24594 @ignore
24595 @mindex @idots
24596 @end ignore
24597 @tindex fitparam
24598 @ignore
24599 @starindex
24600 @end ignore
24601 @ignore
24602 @mindex @null
24603 @end ignore
24604 @tindex fitmodel
24605 @ignore
24606 @starindex
24607 @end ignore
24608 @ignore
24609 @mindex @null
24610 @end ignore
24611 @tindex fitsystem
24612 @ignore
24613 @starindex
24614 @end ignore
24615 @ignore
24616 @mindex @null
24617 @end ignore
24618 @tindex fitdummy
24619 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
24620 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
24621 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
24622 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
24623 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
24624 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
24625 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
24626 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
24627 model @cite{a x^b} is converted to @cite{y = a x^b}, then to
24629 @smallexample
24630 @group
24631 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
24632 @end group
24633 @end smallexample
24635 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
24636 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
24637 changes are possible.)
24639 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
24640 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
24642 @example
24643 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
24644 @end example
24646 @noindent
24647 where @var{Y} is a formula that describes the function @cite{Y(x,y,z)},
24648 @var{FGH} is the vector of formulas @cite{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
24649 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
24650 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @cite{A}, @samp{fitdummy(2)}
24651 for @cite{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
24652 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
24653 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
24655 The power law model eventually boils down to
24657 @smallexample
24658 @group
24659 fitsystem(ln(fitvar(2)),
24660           [1, ln(fitvar(1))],
24661           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
24662 @end group
24663 @end smallexample
24665 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
24666 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
24667 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
24668 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
24669 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
24670 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
24671 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
24672 and the distributive law is used to expand products of sums.
24673 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
24674 @samp{fitinv(x)} represents @cite{1/x} while the @code{FitRules}
24675 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
24676 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
24677 will probably only need to modify the rules for this phase.
24679 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
24680 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
24681 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
24682 initially zero and @var{model} has been changed from @cite{a=b}
24683 to @cite{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
24684 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
24685 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
24686 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
24687 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
24688 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
24689 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
24690 raw parameters, for now.)
24692 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
24693 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
24694 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
24695 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
24696 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
24697 that involve only independent variables.  (If this decomposition
24698 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
24699 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
24700 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
24701 using the distributive law in order to minimize the number of
24702 raw parameters needed.
24704 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
24705 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
24706 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
24707 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
24708 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
24709 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
24710 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
24711 least-squares solver wants to see.
24713 @ignore
24714 @starindex
24715 @end ignore
24716 @ignore
24717 @mindex hasfit@idots
24718 @end ignore
24719 @tindex hasfitparams
24720 @ignore
24721 @starindex
24722 @end ignore
24723 @ignore
24724 @mindex @null
24725 @end ignore
24726 @tindex hasfitvars
24727 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
24728 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
24729 whether @cite{x} refers to any parameters or independent variables,
24730 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
24731 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
24732 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
24733 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
24734 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
24735 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
24737 @tex
24738 \bigskip
24739 @end tex
24741 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
24742 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
24743 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
24744 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
24745 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
24746 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
24747 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
24748 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
24749 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
24750 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
24752 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
24753 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
24754 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
24755 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
24756 and the lower ones for @var{params}.
24758 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
24759 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
24760 and variables, as discussed previously.
24762 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
24763 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
24764 message will be ``Model expression is too complex'' if the
24765 linearizer was unable to put the model into the required form.
24767 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
24768 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
24770 @node Interpolation, ,  Curve Fitting Details, Curve Fitting
24771 @subsection Polynomial Interpolation
24773 @kindex a p
24774 @pindex calc-poly-interp
24775 @tindex polint
24776 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
24777 a polynomial interpolation at a particular @cite{x} value.  It takes
24778 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
24779 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @cite{x}
24780 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
24781 then substitutes the @cite{x} value into the result in order to get an
24782 approximate @cite{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
24783 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
24784 efficient and more numerically stable.)
24786 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @cite{y}
24787 value approximation, and an error measure @cite{dy} that reflects Calc's
24788 estimation of the probable error of the approximation at that value of
24789 @cite{x}.  If the input @cite{x} is equal to any of the @cite{x} values
24790 in the data matrix, the output @cite{y} will be the corresponding @cite{y}
24791 value from the matrix, and the output @cite{dy} will be exactly zero.
24793 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
24794 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
24796 If @cite{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
24797 interpolated results for each of those @cite{x} values.  (The matrix will
24798 have two columns, the @cite{y} values and the @cite{dy} values.)
24799 If @cite{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
24800 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
24801 a formula that describes the fit in symbolic terms.
24803 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
24804 on the stack.  Only the @cite{x} value is replaced by the result.
24806 @kindex H a p
24807 @tindex ratint
24808 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
24809 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
24810 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
24811 @cite{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
24812 each have degree @cite{N/2} (if @cite{N} is odd, the denominator will
24813 have degree one higher than the numerator).
24815 Rational approximations have the advantage that they can accurately
24816 describe functions that have poles (points at which the function's value
24817 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
24818 goes to zero).  If @cite{x} corresponds to a pole of the fitted rational
24819 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
24820 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
24822 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
24823 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
24824 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
24825 capabilities to fit.)
24827 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
24828 @section Summations
24830 @noindent
24831 @cindex Summation of a series
24832 @kindex a +
24833 @pindex calc-summation
24834 @tindex sum
24835 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
24836 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
24837 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
24838 name of the summation index variable, the lower limit of the
24839 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
24840 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
24841 any later ones are answered by reading additional elements from
24842 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 @key{RET} ' k @key{RET} 1 @key{RET} 5 @key{RET} a + @key{RET}}
24843 produces the result 55.
24844 @tex
24845 \turnoffactive
24846 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
24847 @end tex
24849 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
24850 use a variable with a stored value.  In particular, while
24851 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
24852 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @cite{(0, 1)}
24853 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
24854 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @cite{(0, 1)}!
24855 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
24856 @w{@kbd{s u i @key{RET}}} first to ``unstore'' this variable.
24857 (@xref{Storing Variables}.)
24859 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
24860 than by one.  Thus @kbd{' a_k @key{RET} C-u -2 a + k @key{RET} 10 @key{RET} 0 @key{RET}}
24861 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
24862 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
24863 step value, in which case you can enter any formula or enter
24864 a blank line to take the step value from the stack.  With the
24865 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
24866 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
24867 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
24869 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
24870 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
24871 this is possible if the formula being summed is polynomial or
24872 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
24873 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
24874 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
24875 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
24876 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
24877 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
24878 whenever it can for the sake of efficiency.
24880 The notation for sums in algebraic formulas is
24881 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
24882 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
24883 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
24884 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
24885 and @samp{inf}, respectively.
24887 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
24888 returns @cite{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
24889 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
24890 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
24891 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
24892 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
24893 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
24894 symbolic form.  @xref{Infinities}.
24896 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
24897 described above) but the formula includes vectors subscripted by
24898 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
24899 the limits to include only the range of integers which result in
24900 legal subscripts for the vector.  For example, the sum
24901 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
24903 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
24904 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
24905 Calc computes the number of iterations using the formula
24906 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
24907 after simplification as if by @kbd{a s}, evaluate to an integer.
24909 If the number of iterations according to the above formula does
24910 not come out to an integer, the sum is illegal and will be left
24911 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
24912 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
24913 substituting mismatched bounds into them.  For example,
24914 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
24915 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
24916 the rather dubious answer, 29.25.
24918 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
24919 positive step size), the result is generally zero.  However,
24920 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
24921 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
24922 of iterations is @i{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
24923 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
24924 if Calc used a closed form solution.
24926 Calc's logical predicates like @cite{a < b} return 1 for ``true''
24927 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
24928 used to advantage for building conditional sums.  For example,
24929 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
24930 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
24931 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
24932 as ``the sum of @cite{k^2}, where @cite{k} is prime.''  Indeed,
24933 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
24934 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
24935 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
24936 closed form.
24938 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
24939 sum of @cite{f(k)} for all @cite{k} from 1 to @cite{n}, excluding
24940 one value @cite{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
24941 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
24942 the sum of all @cite{1/(k-k_0)} except at @cite{k = k_0}, where
24943 this would be a division by zero.  But at @cite{k = k_0}, this
24944 formula works out to the indeterminate form @cite{0 / 0}, which
24945 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
24946 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
24947 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if @c{$k \ne k_0$}
24948 @cite{k != k_0},
24949 then @cite{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @cite{1/(k-k_0)}
24950 will not even be evaluated by Calc when @cite{k = k_0}.
24952 @cindex Alternating sums
24953 @kindex a -
24954 @pindex calc-alt-summation
24955 @tindex asum
24956 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
24957 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
24958 are given alternating signs, with the first term (corresponding
24959 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
24960 are converted to normal sums with an extra term of the form
24961 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
24962 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
24963 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
24964 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
24965 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
24966 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
24967 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
24969 @cindex Product of a sequence
24970 @kindex a *
24971 @pindex calc-product
24972 @tindex prod
24973 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
24974 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
24975 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
24976 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
24977 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
24979 @kindex a T
24980 @pindex calc-tabulate
24981 @tindex table
24982 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
24983 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
24984 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
24985 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
24986 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
24988 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
24989 @section Logical Operations
24991 @noindent
24992 The following commands and algebraic functions return true/false values,
24993 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
24994 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
24995 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
24996 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
24997 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
24998 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
24999 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
25000 portion if its condition is provably true, but it will execute the
25001 ``else'' portion for any condition like @cite{a = b} that is not
25002 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
25003 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
25004 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
25005 false.  @xref{Declarations}.)
25007 @kindex a =
25008 @pindex calc-equal-to
25009 @tindex eq
25010 @tindex =
25011 @tindex ==
25012 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
25013 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
25014 formula) is true if @cite{a} and @cite{b} are equal, either because they
25015 are identical expressions, or because they are numbers which are
25016 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
25017 1.0.)  If the equality of @cite{a} and @cite{b} cannot be determined,
25018 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
25019 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
25020 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
25022 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
25023 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
25024 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
25025 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
25026 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
25027 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
25028 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
25029 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
25030 zero if not.
25032 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
25033 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
25034 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
25035 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
25036 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
25037 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
25038 variables).
25040 @kindex a #
25041 @pindex calc-not-equal-to
25042 @tindex neq
25043 @tindex !=
25044 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
25045 @samp{a != b} function, is true if @cite{a} and @cite{b} are not equal.
25046 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
25047 tests that all four of @cite{a}, @cite{b}, @cite{c}, and @cite{d} are
25048 distinct numbers.
25050 @kindex a <
25051 @tindex lt
25052 @ignore
25053 @mindex @idots
25054 @end ignore
25055 @kindex a >
25056 @ignore
25057 @mindex @null
25058 @end ignore
25059 @kindex a [
25060 @ignore
25061 @mindex @null
25062 @end ignore
25063 @kindex a ]
25064 @pindex calc-less-than
25065 @pindex calc-greater-than
25066 @pindex calc-less-equal
25067 @pindex calc-greater-equal
25068 @ignore
25069 @mindex @null
25070 @end ignore
25071 @tindex gt
25072 @ignore
25073 @mindex @null
25074 @end ignore
25075 @tindex leq
25076 @ignore
25077 @mindex @null
25078 @end ignore
25079 @tindex geq
25080 @ignore
25081 @mindex @null
25082 @end ignore
25083 @tindex <
25084 @ignore
25085 @mindex @null
25086 @end ignore
25087 @tindex >
25088 @ignore
25089 @mindex @null
25090 @end ignore
25091 @tindex <=
25092 @ignore
25093 @mindex @null
25094 @end ignore
25095 @tindex >=
25096 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
25097 operation is true if @cite{a} is less than @cite{b}.  Similar functions
25098 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
25099 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
25100 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
25102 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
25103 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
25104 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
25105 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
25106 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
25107 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
25108 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
25109 involve both equalities and inequalities, are not allowed.
25111 @kindex a .
25112 @pindex calc-remove-equal
25113 @tindex rmeq
25114 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
25115 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
25116 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
25117 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
25118 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
25119 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
25120 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
25121 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
25122 the righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
25123 taking the lefthand side.
25125 @kindex a &
25126 @pindex calc-logical-and
25127 @tindex land
25128 @tindex &&
25129 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
25130 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
25131 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @cite{a} or
25132 @cite{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
25133 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
25135 @kindex a |
25136 @pindex calc-logical-or
25137 @tindex lor
25138 @tindex ||
25139 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
25140 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
25141 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
25142 are nonzero.  If both @cite{a} and @cite{b} are zero, the result is
25143 zero.
25145 @kindex a !
25146 @pindex calc-logical-not
25147 @tindex lnot
25148 @tindex !
25149 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
25150 function is true if @cite{a} is false (zero), or false if @cite{a} is
25151 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @cite{a} is not a
25152 number.
25154 @kindex a :
25155 @pindex calc-logical-if
25156 @tindex if
25157 @ignore
25158 @mindex ? :
25159 @end ignore
25160 @tindex ?
25161 @ignore
25162 @mindex @null
25163 @end ignore
25164 @tindex :
25165 @cindex Arguments, not evaluated
25166 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
25167 function is equal to either @cite{b} or @cite{c} if @cite{a} is a nonzero
25168 number or zero, respectively.  If @cite{a} is not a number, the test is
25169 left in symbolic form and neither @cite{b} nor @cite{c} is evaluated in
25170 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
25171 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
25172 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
25173 @code{condition}.
25175 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
25176 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
25177 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
25178 @samp{a?(3):4} instead.
25180 As a special case, if @cite{a} evaluates to a vector, then both @cite{b}
25181 and @cite{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
25182 as @cite{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
25183 @cite{b} and @cite{c} according to whether each element of @cite{a}
25184 is zero or nonzero.  Each of @cite{b} and @cite{c} must be either a
25185 vector of the same length as @cite{a}, or a non-vector which is matched
25186 with all elements of @cite{a}.
25188 @kindex a @{
25189 @pindex calc-in-set
25190 @tindex in
25191 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
25192 the number @cite{a} is in the set of numbers represented by @cite{b}.
25193 If @cite{b} is an interval form, @cite{a} must be one of the values
25194 encompassed by the interval.  If @cite{b} is a vector, @cite{a} must be
25195 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
25196 intervals, @cite{a} must be in any of the intervals.)  If @cite{b} is a
25197 plain number, @cite{a} must be numerically equal to @cite{b}.
25198 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
25199 of this sort.
25201 @ignore
25202 @starindex
25203 @end ignore
25204 @tindex typeof
25205 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
25206 characterizes @cite{a}.  If @cite{a} is a number, vector, or variable,
25207 the result will be one of the following numbers:
25209 @example
25210  1   Integer
25211  2   Fraction
25212  3   Floating-point number
25213  4   HMS form
25214  5   Rectangular complex number
25215  6   Polar complex number
25216  7   Error form
25217  8   Interval form
25218  9   Modulo form
25219 10   Date-only form
25220 11   Date/time form
25221 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
25222 100  Variable
25223 101  Vector (but not a matrix)
25224 102  Matrix
25225 @end example
25227 Otherwise, @cite{a} is a formula, and the result is a variable which
25228 represents the name of the top-level function call.
25230 @ignore
25231 @starindex
25232 @end ignore
25233 @tindex integer
25234 @ignore
25235 @starindex
25236 @end ignore
25237 @tindex real
25238 @ignore
25239 @starindex
25240 @end ignore
25241 @tindex constant
25242 The @samp{integer(a)} function returns true if @cite{a} is an integer.
25243 The @samp{real(a)} function
25244 is true if @cite{a} is a real number, either integer, fraction, or
25245 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @cite{a} is
25246 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
25247 code result except for variables, and provided that the components of
25248 an object like a vector or error form are themselves constant.
25249 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
25250 special constants like @code{pi} and @code{e}.@refill
25252 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
25253 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
25254 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
25255 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25256 literally an integer constant.
25258 @ignore
25259 @starindex
25260 @end ignore
25261 @tindex refers
25262 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25263 @cite{b} appears in @cite{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25264 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25265 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25266 @code{refers} will be left unevaluated is if @cite{a} is a plain
25267 variable (different from @cite{b}).
25269 @ignore
25270 @starindex
25271 @end ignore
25272 @tindex negative
25273 The @samp{negative(a)} function returns true if @cite{a} ``looks'' negative,
25274 because it is a negative number, because it is of the form @cite{-x},
25275 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25276 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25277 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @cite{a}, so it can only
25278 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25279 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25280 as a rewrite rule condition).
25282 @ignore
25283 @starindex
25284 @end ignore
25285 @tindex variable
25286 The @samp{variable(a)} function is true if @cite{a} is a variable,
25287 or false if not.  If @cite{a} is a function call, this test is left
25288 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25289 are considered variables like any others by this test.
25291 @ignore
25292 @starindex
25293 @end ignore
25294 @tindex nonvar
25295 The @samp{nonvar(a)} function is true if @cite{a} is a non-variable.
25296 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25297 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25298 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25299 often good enough.
25301 @ignore
25302 @starindex
25303 @end ignore
25304 @tindex lin
25305 @ignore
25306 @starindex
25307 @end ignore
25308 @tindex linnt
25309 @ignore
25310 @starindex
25311 @end ignore
25312 @tindex islin
25313 @ignore
25314 @starindex
25315 @end ignore
25316 @tindex islinnt
25317 @cindex Linearity testing
25318 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25319 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25320 @cite{a + b x} for some constants @cite{a} and @cite{b}, and some
25321 variable or subformula @cite{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25322 if formula @cite{f} is linear in @cite{x}, returning 1 if so.  For
25323 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25324 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25325 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25326 @cite{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25327 @cite{[0, 1, x]}, @cite{[0, -1, x]}, @cite{[3, 0, x]}, and
25328 @cite{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25329 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25330 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25331 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25332 returns true.
25334 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25335 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25336 @cite{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25337 returns @cite{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @cite{[y, 0, x]},
25338 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25339 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25340 linear in @cite{x}).
25342 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25343 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25344 formula.  Here, the @cite{a=0}, @cite{b=1} case is also considered
25345 trivial, and only constant values for @cite{a} and @cite{b} are
25346 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @cite{[0, 2, x y]},
25347 @samp{lin(2 - x y)} returns @cite{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25348 returns @cite{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25349 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25350 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25351 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25353 @ignore
25354 @starindex
25355 @end ignore
25356 @tindex istrue
25357 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @cite{a} is a nonzero
25358 number or provably nonzero formula, or 0 if @cite{a} is anything else.
25359 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25360 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25361 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25362 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25363 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25364 in symbolic form.)
25366 @node Rewrite Rules, , Logical Operations, Algebra
25367 @section Rewrite Rules
25369 @noindent
25370 @cindex Rewrite rules
25371 @cindex Transformations
25372 @cindex Pattern matching
25373 @kindex a r
25374 @pindex calc-rewrite
25375 @tindex rewrite
25376 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25377 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25378 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25379 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25380 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25381 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25382 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25383 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25384 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25386 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25387 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25388 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25389 entries are being parsed, converting strings of characters into
25390 Calc formulas.
25392 @menu
25393 * Entering Rewrite Rules::
25394 * Basic Rewrite Rules::
25395 * Conditional Rewrite Rules::
25396 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25397 * Other Features of Rewrite Rules::
25398 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25399 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25400 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25401 * Selections with Rewrite Rules::
25402 * Matching Commands::
25403 * Automatic Rewrites::
25404 * Debugging Rewrites::
25405 * Examples of Rewrite Rules::
25406 @end menu
25408 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25409 @subsection Entering Rewrite Rules
25411 @noindent
25412 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25413 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25414 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25415 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25416 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25417 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25418 assignments in special ways.@refill
25420 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25421 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25422 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
25423 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
25424 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
25426 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
25427 rules.
25429 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
25430 in several ways:
25432 @enumerate
25433 @item
25434 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) @key{RET}}.
25435 @item
25436 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] @key{RET}}.
25437 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
25438 @item
25439 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
25440 @kbd{myrules @key{RET}}.
25441 @item
25442 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
25443 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
25444 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
25445 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
25446 @item
25447 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
25448 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
25449 rewritten will come from the second-to-top position).
25450 @end enumerate
25452 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
25453 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
25454 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
25456 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
25457 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
25458 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
25459 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
25460 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
25461 @pxref{Operations on Variables}.@refill
25463 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
25464 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
25465 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
25466 through that variable, they will be compiled once and saved away
25467 along with the variable for later reference.  This is another good
25468 reason to store your rules in a variable.
25470 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
25471 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
25472 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
25474 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
25475 @subsection Basic Rewrite Rules
25477 @noindent
25478 To match a particular formula @cite{x} with a particular rewrite rule
25479 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @cite{x} with
25480 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
25481 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @cite{x}
25482 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
25483 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
25484 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
25485 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
25486 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
25487 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
25488 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
25490 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
25491 corresponding sub-formulas of @cite{x} must be identical.  Thus
25492 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
25493 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
25494 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
25496 Things other than variables must match exactly between the pattern
25497 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
25498 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
25499 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
25500 @samp{sin(a)+y}.
25502 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
25503 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
25504 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
25505 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
25507 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
25508 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
25509 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
25510 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
25511 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
25513 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
25514 throughout the target formula until no further changes are possible
25515 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
25516 change at a time.
25518 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
25519 @subsection Conditional Rewrite Rules
25521 @noindent
25522 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
25523 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
25524 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
25525 is present in the
25526 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
25527 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
25528 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
25529 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
25530 with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}).  If the result is a nonzero
25531 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
25532 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
25533 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
25534 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
25535 1 or 0 according to the results of various tests.@refill
25537 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @cite{n}
25538 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
25539 @cite{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
25540 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
25541 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
25542 (assuming no outstanding declarations for @cite{a}).  In the case of
25543 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
25544 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
25545 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
25547 While Calc will use declarations to reason about variables in the
25548 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
25549 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
25550 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
25551 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
25552 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
25553 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
25554 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
25555 the condition.
25557 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
25558 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
25559 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
25561 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
25562 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
25564 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
25565 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
25566 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
25567 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
25568 decides when it is best to test each condition while a rule is being
25569 matched.
25571 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
25572 system and are tested very efficiently:  Where @cite{x} is any
25573 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
25574 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @cite{y}
25575 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
25576 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
25577 where @cite{a} and @cite{b} are constants.  Other conditions, like
25578 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
25579 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
25581 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
25582 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
25583 because conditions often are expressions that cannot safely be
25584 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
25585 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
25586 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
25587 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
25588 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
25589 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
25591 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
25592 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
25593 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
25594 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
25595 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
25596 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
25597 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
25598 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
25599 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
25601 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
25602 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
25604 @noindent
25605 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
25606 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
25607 the associativity and commutativity of the following functions into
25608 account:
25610 @smallexample
25611 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
25612 @end smallexample
25614 For example, the rewrite rule:
25616 @example
25617 a x + b x  :=  (a + b) x
25618 @end example
25620 @noindent
25621 will match formulas of the form,
25623 @example
25624 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
25625 @end example
25627 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
25628 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
25630 @example
25631 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
25632 @end example
25634 @noindent
25635 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
25637 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
25638 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
25639 will take whichever suitable pair it discovers first.
25641 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
25642 will try @var{2 n} different ways to match a sum of @var{n} terms
25643 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
25644 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
25645 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
25646 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
25647 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
25648 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
25650 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
25651 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
25652 matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
25653 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
25654 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
25655 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
25656 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
25657 enable matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
25658 from occurring.
25660 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
25661 the rule
25663 @example
25664 f(-x)  :=  -f(x)
25665 @end example
25667 @noindent
25668 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
25669 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
25670 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
25671 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
25672 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
25673 condition is:
25675 @example
25676 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
25677 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
25678 @end example
25680 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
25681 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
25683 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
25684 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
25685 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
25686 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
25688 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
25689 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
25690 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
25691 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
25692 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
25693 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
25694 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
25695 because while few mathematical operations are substantively different
25696 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
25697 of multiplication, division, and integer powers separately.
25699 Even more subtle is the rule set
25701 @example
25702 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
25703 @end example
25705 @noindent
25706 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
25707 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
25708 the above two rules in turn, but actually this will not work because
25709 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
25710 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
25711 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
25712 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
25713 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
25714 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
25715 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
25716 rule will have to be added.
25718 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
25719 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
25720 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
25721 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
25722 of the above rule for complex numbers would be
25724 @example
25725 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
25726 @end example
25728 @noindent
25729 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
25730 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
25731 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
25732 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
25733 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
25734 conjugate of a real number.)
25736 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
25738 @example
25739 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
25740 @end example
25742 @noindent
25743 will match the formula
25745 @example
25746 5 (x^2 - 4) + 3 x
25747 @end example
25749 @noindent
25750 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
25751 formulas like
25753 @example
25754 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
25755 @end example
25757 @noindent
25758 producing, respectively,
25760 @example
25761 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
25762 @end example
25764 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
25765 have been turned off with @kbd{m O}.)
25767 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
25768 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
25769 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
25770 with @samp{a = -1}.
25772 In particular, the distributive-law rule can be refined to
25774 @example
25775 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
25776 @end example
25778 @noindent
25779 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
25781 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
25782 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
25783 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
25784 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
25785 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
25786 @samp{x/z} is considered linear with @cite{b = 1/z} by @code{lin},
25787 but it will not match the above pattern because that pattern calls
25788 for a multiplication, not a division.
25790 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
25791 by 1,
25793 @example
25794 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
25795 @end example
25797 @noindent
25798 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
25799 an equal factor.  Here's a more successful rule:
25801 @example
25802 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
25803 @end example
25805 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
25806 because one @cite{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
25808 Calc automatically converts a rule like
25810 @example
25811 f(x-1, x)  :=  g(x)
25812 @end example
25814 @noindent
25815 into the form
25817 @example
25818 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
25819 @end example
25821 @noindent
25822 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
25823 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
25824 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
25825 respectively, then verifying that they differ by one even though
25826 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
25828 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
25829 following rule,
25831 @example
25832 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
25833 @end example
25835 @noindent
25836 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
25837 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
25838 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
25839 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
25840 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
25841 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
25842 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
25844 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
25845 You could make this resemble the original form more closely by using
25846 @code{let} notation, which is described in the next section:
25848 @example
25849 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
25850 @end example
25852 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
25853 which involves only the functions in the following list, operating
25854 only on constants and meta-variables which have already been matched
25855 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
25856 careful to match arguments which are plain variables before arguments
25857 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
25858 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
25859 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
25861 @smallexample
25862 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
25863 max min  re im conj arg
25864 @end smallexample
25866 You can suppress all of the special treatments described in this
25867 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
25868 This marker causes the function call which is its argument to be
25869 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
25870 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
25871 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
25872 For example,
25874 @example
25875 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
25876 @end example
25878 @noindent
25879 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
25880 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
25881 commutativity and associativity is still considered while matching
25882 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
25883 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
25884 further and use
25886 @example
25887 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
25888 @end example
25890 @noindent
25891 which would do a completely strict match for the pattern.
25893 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
25894 function name but also the arguments must be literally the same.
25895 The above pattern will match @samp{x - x y} but
25897 @example
25898 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
25899 @end example
25901 @noindent
25902 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
25904 @example
25905 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
25906 @end example
25908 @noindent
25909 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
25910 effect!
25912 A certain amount of algebra is also done when substituting the
25913 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
25914 in the rule
25916 @example
25917 a + f(b)  :=  f(a + b)
25918 @end example
25920 @noindent
25921 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
25922 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
25923 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
25924 the default simplifications would do this anyway, so this
25925 special simplification is only noticeable if you have turned the
25926 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
25927 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
25928 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
25929 marker on the righthand side:
25931 @example
25932 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
25933 @end example
25935 @noindent
25936 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
25937 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
25938 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
25940 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
25941 @subsection Other Features of Rewrite Rules
25943 @noindent
25944 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
25945 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
25946 markers that work inside a pattern; then come the markers that
25947 work in the righthand side of a rule.
25949 @ignore
25950 @starindex
25951 @end ignore
25952 @tindex import
25953 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
25954 rule.  Here @cite{x} is the name of a variable containing another
25955 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
25956 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
25957 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
25958 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
25959 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
25960 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
25961 the rule set @cite{x} with all occurrences of @c{$v_1$}
25962 @cite{v1}, as either
25963 a variable name or a function name, replaced with @c{$x_1$}
25964 @cite{x1} and
25965 so on.  (If @c{$v_1$}
25966 @cite{v1} is used as a function name, then @c{$x_1$}
25967 @cite{x1}
25968 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
25969 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
25970 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
25971 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
25972 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
25974 The special functions allowed in patterns are:
25976 @table @samp
25977 @item quote(x)
25978 @ignore
25979 @starindex
25980 @end ignore
25981 @tindex quote
25982 This pattern matches exactly @cite{x}; variable names in @cite{x} are
25983 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
25984 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
25985 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
25986 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
25987 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
25988 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
25989 as a result in this case.)
25991 @item plain(x)
25992 @ignore
25993 @starindex
25994 @end ignore
25995 @tindex plain
25996 Here @cite{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
25997 pattern matches a call to function @cite{f} with the specified
25998 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
25999 function @cite{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
26000 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
26001 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
26002 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
26003 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
26005 @item opt(x,def)
26006 @ignore
26007 @starindex
26008 @end ignore
26009 @tindex opt
26010 Here @cite{x} must be a variable name.  This must appear as an
26011 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
26012 the argument or element is optional.
26013 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
26014 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
26015 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
26016 binding one summand to @cite{x} and the other to @cite{y}, and it
26017 matches anything else by binding the whole expression to @cite{x} and
26018 zero to @cite{y}.  The other operators above work similarly.@refill
26020 For general miscellanous functions, the default value @code{def}
26021 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
26022 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
26023 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
26024 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @cite{b} are
26025 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
26026 the literal variable @cite{b} will be the default in the latter
26027 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @cite{b}.
26028 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
26030 @item condition(x,c)
26031 @ignore
26032 @starindex
26033 @end ignore
26034 @tindex condition
26035 @tindex ::
26036 This matches the pattern @cite{x}, with the attached condition
26037 @cite{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
26039 @item pand(x,y)
26040 @ignore
26041 @starindex
26042 @end ignore
26043 @tindex pand
26044 @tindex &&&
26045 This matches anything that matches both pattern @cite{x} and
26046 pattern @cite{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
26047 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
26049 @item por(x,y)
26050 @ignore
26051 @starindex
26052 @end ignore
26053 @tindex por
26054 @tindex |||
26055 This matches anything that matches either pattern @cite{x} or
26056 pattern @cite{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
26058 @item pnot(x)
26059 @ignore
26060 @starindex
26061 @end ignore
26062 @tindex pnot
26063 @tindex !!!
26064 This matches anything that does not match pattern @cite{x}.
26065 It is the same as @samp{!!! x}.
26067 @item cons(h,t)
26068 @ignore
26069 @mindex cons
26070 @end ignore
26071 @tindex cons (rewrites)
26072 This matches any vector of one or more elements.  The first
26073 element is matched to @cite{h}; a vector of the remaining
26074 elements is matched to @cite{t}.  Note that vectors of fixed
26075 length can also be matched as actual vectors:  The rule
26076 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
26077 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
26079 @item rcons(t,h)
26080 @ignore
26081 @mindex rcons
26082 @end ignore
26083 @tindex rcons (rewrites)
26084 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
26085 is matched to @cite{h}, with the remaining elements matched
26086 to @cite{t}.
26088 @item apply(f,args)
26089 @ignore
26090 @mindex apply
26091 @end ignore
26092 @tindex apply (rewrites)
26093 This matches any function call.  The name of the function, in
26094 the form of a variable, is matched to @cite{f}.  The arguments
26095 of the function, as a vector of zero or more objects, are
26096 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
26097 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
26098 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
26099 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
26100 matches any function call with exactly two arguments, and
26101 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
26102 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
26103 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
26104 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
26105 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
26106 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
26108 @example
26109 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
26110    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
26111 @end example
26113 Note, however, that this will be slower to match than a rule
26114 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
26115 the rules of a rule set according to top-level function name;
26116 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
26117 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
26118 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
26119 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
26121 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
26122 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
26123 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
26125 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
26126 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
26127 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
26128 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
26129 Also note that you will have to use no-simplify (@kbd{m O})
26130 mode when entering this rule so that the @code{apply} isn't
26131 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
26132 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
26133 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
26134 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
26136 @item select(x)
26137 @ignore
26138 @starindex
26139 @end ignore
26140 @tindex select
26141 This is used for applying rules to formulas with selections;
26142 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
26143 @end table
26145 Special functions for the righthand sides of rules are:
26147 @table @samp
26148 @item quote(x)
26149 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
26150 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
26151 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
26152 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
26153 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
26154 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
26155 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
26156 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
26157 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
26158 protecting rules from evaluation.)
26160 @item plain(x)
26161 Special properties of and simplifications for the function call
26162 @cite{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
26163 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
26164 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
26165 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
26166 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
26167 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
26169 @item cons(h,t)
26170 Where @cite{t} is a vector, this is converted into an expanded
26171 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
26172 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
26173 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
26174 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
26175 have been turned off.
26177 @item rcons(t,h)
26178 Analogous to @code{cons} except putting @cite{h} at the @emph{end} of
26179 the vector @cite{t}.
26181 @item apply(f,args)
26182 Where @cite{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
26183 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
26184 is also a regular Calc function.
26186 @item eval(x)
26187 @ignore
26188 @starindex
26189 @end ignore
26190 @tindex eval
26191 The formula @cite{x} is handled in the usual way, then the
26192 default simplifications are applied to it even if they have
26193 been turned off normally.  This allows you to treat any function
26194 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
26195 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
26196 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
26197 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
26199 @item evalsimp(x)
26200 @ignore
26201 @starindex
26202 @end ignore
26203 @tindex evalsimp
26204 The formula @cite{x} has meta-variables substituted in the usual
26205 way, then algebraically simplified as if by the @kbd{a s} command.
26207 @item evalextsimp(x)
26208 @ignore
26209 @starindex
26210 @end ignore
26211 @tindex evalextsimp
26212 The formula @cite{x} has meta-variables substituted in the normal
26213 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
26215 @item select(x)
26216 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
26217 @end table
26219 There are also some special functions you can use in conditions.
26221 @table @samp
26222 @item let(v := x)
26223 @ignore
26224 @starindex
26225 @end ignore
26226 @tindex let
26227 The expression @cite{x} is evaluated with meta-variables substituted.
26228 The @kbd{a s} command's simplifications are @emph{not} applied by
26229 default, but @cite{x} can include calls to @code{evalsimp} or
26230 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
26231 of simplification.  The
26232 result of @cite{x} is then bound to the meta-variable @cite{v}.  As
26233 usual, if this meta-variable has already been matched to something
26234 else the two values must be equal; if the meta-variable is new then
26235 it is bound to the result of the expression.  This variable can then
26236 appear in later conditions, and on the righthand side of the rule.
26237 In fact, @cite{v} may be any pattern in which case the result of
26238 evaluating @cite{x} is matched to that pattern, binding any
26239 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
26240 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
26241 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
26242 an @samp{||} term or otherwise buried.@refill
26244 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
26245 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
26246 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
26247 in the main part of a rewrite rule.
26249 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
26250 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
26251 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
26252 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
26253 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
26254 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
26255 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
26256 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
26257 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
26258 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
26259 be bound to @code{ia}.@refill
26261 Here's another example, for integrating cosines of linear
26262 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
26263 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
26264 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
26265 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
26266 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
26267 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
26268 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
26269 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
26270 rearrangement of the argument of the sine.)@refill
26272 @ignore
26273 @starindex
26274 @end ignore
26275 @tindex ierf
26276 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
26277 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
26278 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
26279 where the first number is the desired solution.  If no solution
26280 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
26281 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
26283 @example
26284 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
26285 @end example
26287 @item matches(v,p)
26288 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
26289 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
26290 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
26291 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
26292 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
26293 extra feature that meta-variables which are bound to things
26294 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
26295 rule.
26297 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
26298 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
26299 the default simplifications, while the latter does not.
26301 @item remember
26302 @vindex remember
26303 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
26304 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
26305 the original expression and rewritten expression are added to the
26306 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
26307 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26308 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26309 contains any variables.
26311 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26312 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26313 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26314 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26315 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26316 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26318 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26319 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26320 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26321 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26322 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26323 be added to the rule set and will continue to operate even if
26324 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26326 @item remember(c)
26327 @ignore
26328 @starindex
26329 @end ignore
26330 @tindex remember
26331 Remember the match as described above, but only if condition @cite{c}
26332 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26333 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26334 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26335 @end table
26337 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26338 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26340 @noindent
26341 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26342 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26343 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26344 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26345 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26347 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26348 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26349 the context of rewrite rule patterns.
26351 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26352 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26353 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26354 here is a rule that operates on error forms:
26356 @example
26357 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26358 @end example
26360 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26362 @example
26363 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26364 @end example
26366 @ignore
26367 @starindex
26368 @end ignore
26369 @tindex ends
26370 Here's another interesting example:
26372 @example
26373 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26374 @end example
26376 @noindent
26377 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26378 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26379 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26381 @example
26382 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26383 @end example
26385 @noindent
26386 would do the same thing except that it would fail to match a
26387 one-element vector.
26389 @tex
26390 \bigskip
26391 @end tex
26393 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26394 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26395 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26397 @ignore
26398 @starindex
26399 @end ignore
26400 @tindex curve
26401 A simple example of @samp{|||} is
26403 @example
26404 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26405 @end example
26407 @noindent
26408 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26410 Here is a larger example:
26412 @example
26413 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26414 @end example
26416 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26417 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
26418 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
26420 (In practice this rule would probably include a third alternative,
26421 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
26423 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
26424 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
26425 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
26426 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
26427 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
26428 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
26429 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
26430 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
26432 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
26433 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
26434 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
26435 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
26437 @example
26438 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
26439 @end example
26441 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
26442 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
26444 @tex
26445 \bigskip
26446 @end tex
26448 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
26449 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
26450 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
26452 For example,
26454 @example
26455 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
26456 @end example
26458 @noindent
26459 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
26460 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
26461 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
26463 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
26464 then an equivalent rule would be:
26466 @example
26467 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
26468 @end example
26470 @noindent
26471 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
26472 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
26473 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
26474 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
26475 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
26476 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
26477 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
26479 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
26480 elsewhere in the pattern.  For example,
26482 @example
26483 f(a, !!!a)  :=  g(a)
26484 @end example
26486 @noindent
26487 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
26488 this to @code{g} with only the first argument.
26490 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
26491 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
26492 matched last.  Thus
26494 @example
26495 f(!!!a, a)  :=  g(a)
26496 @end example
26498 @noindent
26499 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
26500 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
26501 first argument of @code{f} first, the results would have been
26502 disasterous:  Since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
26503 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
26504 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
26506 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
26507 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
26509 @noindent
26510 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
26511 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
26512 to any part of the expression, starting with the whole expression
26513 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
26514 For each part of the expression, the rules are tried in the order
26515 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
26516 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
26517 to the @var{new} part of the rule.
26519 Often, the rule set will match and change the formula several times.
26520 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
26521 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
26522 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
26523 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
26524 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
26525 to match).  This continues until no further matches can be made
26526 anywhere in the formula.
26528 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
26529 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
26530 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
26531 side actually comes out to something different than the original
26532 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
26533 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
26534 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
26535 run forever switching a formula back and forth between the two
26536 forms.
26538 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
26539 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
26540 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
26541 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
26542 halt any Emacs command prematurely.)
26544 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
26545 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
26546 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
26547 rewriting is not what is called for by your application).
26549 @ignore
26550 @starindex
26551 @end ignore
26552 @ignore
26553 @mindex iter@idots
26554 @end ignore
26555 @tindex iterations
26556 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
26557 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
26558 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
26559 number of iterations for this rule set.  You can use
26560 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
26561 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
26562 rule set.
26564 @example
26565 [ iterations(1),
26566   f(x) := f(x+1) ]
26567 @end example
26569 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
26570 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
26571 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
26572 default simplifications, is different from the original sub-formula
26573 that was matched.
26575 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
26577 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
26578 substitute the top-level expression up to that many times, but
26579 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
26581 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
26582 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
26583 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
26584 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
26585 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
26586 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
26587 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
26588 are omitted, 100 is used.
26590 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26591 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
26593 @noindent
26594 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
26595 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
26596 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
26597 phases occur during the rewriting process.
26599 @ignore
26600 @starindex
26601 @end ignore
26602 @tindex phase
26603 @vindex all
26604 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
26605 vector in place of a rule, all rules following that point will be
26606 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
26607 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
26608 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
26609 this is the default at the start of the rule set.
26611 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
26612 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
26613 ascending order.  For example, the rule set
26615 @example
26616 @group
26617 [ f0(x) := g0(x),
26618   phase(1),
26619   f1(x) := g1(x),
26620   phase(2),
26621   f2(x) := g2(x),
26622   phase(3),
26623   f3(x) := g3(x),
26624   phase(1,2),
26625   f4(x) := g4(x) ]
26626 @end group
26627 @end example
26629 @noindent
26630 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
26631 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
26632 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
26633 and @code{f3}.
26635 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
26636 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
26637 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
26638 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
26639 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
26640 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
26641 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
26642 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
26643 100 by default, is reached.)
26645 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
26646 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
26647 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
26648 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
26649 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
26650 in the formula.
26652 @ignore
26653 @starindex
26654 @end ignore
26655 @tindex schedule
26656 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
26657 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
26658 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
26659 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
26660 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
26661 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
26662 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
26663 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
26664 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
26665 moving on to phase 3.
26667 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
26668 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
26669 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
26670 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
26671 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
26672 to the formula, repeats these two phases until they can make no
26673 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
26674 touches.
26676 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
26677 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
26678 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
26679 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
26680 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
26681 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
26682 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
26684 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
26685 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
26686 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
26687 will be faster if these groups are identified as separate phases.
26688 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
26689 spend any time on them while it works on phase 2.
26691 There are also some problems that can only be solved with several
26692 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
26693 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
26694 command to convert a model expression to linear form.
26695 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
26696 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
26697 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
26698 linear components have been picked out, the final phase includes the
26699 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
26700 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
26701 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
26703 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
26704 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
26705 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
26706 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
26707 rules were finished, some components might be put away into vectors
26708 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
26709 two separate phases, this problem is neatly avoided.
26711 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
26712 @subsection Selections with Rewrite Rules
26714 @noindent
26715 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
26716 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
26717 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
26718 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
26719 specific part of a formula without affecting any other parts.
26721 @kindex j r
26722 @pindex calc-rewrite-selection
26723 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
26724 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
26725 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
26726 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
26727 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
26728 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
26729 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
26730 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
26732 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
26733 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
26734 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
26735 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
26736 include references to @code{select} to tell where in the pattern
26737 the selected sub-formula should appear.
26739 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
26740 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
26741 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
26742 formula will be unselected.
26744 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
26745 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
26746 allows you to use the current selection in more flexible ways.
26747 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
26748 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
26749 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
26750 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
26751 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
26753 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
26754 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
26755 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
26756 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
26758 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
26759 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
26760 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
26761 at stack level 1.)
26763 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
26764 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
26765 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
26766 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
26767 target and the rewrite rules).
26769 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
26770 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
26771 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
26772 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
26773 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
26774 to apply anywhere in the formula.
26776 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
26777 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
26778 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
26779 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
26780 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
26781 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
26782 both with and without selections.
26784 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26785 @subsection Matching Commands
26787 @noindent
26788 @kindex a m
26789 @pindex calc-match
26790 @tindex match
26791 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
26792 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
26793 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
26794 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
26795 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
26796 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
26797 you can give a blank response in which case the patterns are taken
26798 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
26799 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
26800 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
26801 of the patterns.
26803 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
26804 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
26806 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
26808 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
26809 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
26810 all the positive vector elements.
26812 @kindex I a m
26813 @tindex matchnot
26814 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
26815 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
26817 @ignore
26818 @starindex
26819 @end ignore
26820 @tindex matches
26821 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
26822 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
26823 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
26824 conditional clauses of other rewrite rules.
26826 @ignore
26827 @starindex
26828 @end ignore
26829 @tindex vmatches
26830 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
26831 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
26832 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
26833 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
26834 If the match fails, the function returns the number 0.
26836 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
26837 @subsection Automatic Rewrites
26839 @noindent
26840 @cindex @code{EvalRules} variable
26841 @vindex EvalRules
26842 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
26843 results, effectively adding to the built-in set of default
26844 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
26845 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
26846 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
26848 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
26849 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
26850 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
26851 set would be,
26853 @smallexample
26854 @group
26855 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
26856   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
26857 @end group
26858 @end smallexample
26860 To apply these manually, you could put them in a variable called
26861 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
26862 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
26863 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
26864 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
26865 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming degrees mode) result in
26866 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
26868 As each level of a formula is evaluated, the rules from
26869 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
26870 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
26871 Note that this is different from the usual order of application of
26872 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
26873 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
26874 applies rules from the top down.
26876 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
26877 override the normal behavior of any built-in Calc function.
26879 It is important not to write a rule that will get into an infinite
26880 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
26881 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
26882 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
26883 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
26884 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
26885 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
26886 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
26887 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
26888 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
26889 or ran too long'' message.
26891 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
26892 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
26893 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @cite{n} is
26894 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
26895 if the righthand side literally becomes the original formula before any
26896 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
26897 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
26898 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
26899 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
26900 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
26901 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
26902 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
26903 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
26905 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
26906 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
26907 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
26908 the default simplifications to simplify the result and compares again
26909 (and again fails if the formula has simplified back to its original
26910 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
26911 same rules will come back into play when the default simplifications
26912 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
26913 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
26914 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
26915 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
26916 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
26917 the rewrite mechanism itself.)
26919 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
26920 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
26921 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
26922 The rules are always repeated as many times as possible.
26924 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
26925 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
26926 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
26927 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
26928 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
26929 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
26930 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
26931 will not work as part of @code{EvalRules}.
26933 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
26934 functions directly rather than going through the default simplifications.
26935 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
26936 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
26937 number @cite{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
26938 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
26939 than applying the default simplifications to this formula.  So an
26940 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
26941 would not apply.  (However, if you put Calc into symbolic mode so that
26942 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
26943 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
26944 number were @cite{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
26945 then symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
26946 evaluated exactly to 5.)
26948 One subtle restriction that normally only manifests itself with
26949 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
26950 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
26951 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
26952 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
26953 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
26954 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
26955 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
26956 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
26957 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
26958 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
26959 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
26960 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
26962 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
26963 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
26965 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
26966 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
26967 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
26968 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
26969 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
26970 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
26971 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
26973 @smallexample
26974 apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) :: in(f, [ln, log10])
26975 @end smallexample
26977 @noindent
26978 may seem more ``efficient'' than two separate rules for @code{ln} and
26979 @code{log10}, but actually it is vastly less efficient because rules
26980 with @code{apply} as the top-level pattern must be tested against
26981 @emph{every} function call that is simplified.
26983 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
26984 @vindex AlgSimpRules
26985 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
26986 but only when @kbd{a s} is used to simplify the formula.  The variable
26987 @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.  The @kbd{a s} command
26988 will apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules} to the formula, as
26989 well as all of its built-in simplifications.
26991 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
26992 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
26993 command with an infinite repeat count as the first step of @kbd{a s}.
26994 It then applies its own built-in simplifications throughout the
26995 formula, and then repeats these two steps (along with applying the
26996 default simplifications) until no further changes are possible.
26998 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
26999 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
27000 @vindex ExtSimpRules
27001 @vindex UnitSimpRules
27002 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
27003 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
27004 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
27005 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
27006 only during integration by @kbd{a i}.
27008 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
27009 @subsection Debugging Rewrites
27011 @noindent
27012 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
27013 record some useful information there as it operates.  The original
27014 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
27015 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
27016 noted.
27018 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
27019 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
27021 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
27022 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
27023 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
27024 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
27025 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
27026 be needlessly slow.
27028 @node Examples of Rewrite Rules, , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
27029 @subsection Examples of Rewrite Rules
27031 @noindent
27032 Returning to the example of substituting the pattern
27033 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
27034 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
27035 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
27036 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
27037 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
27038 but at the expense of making some changes that you might not desire.@refill
27040 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
27041 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
27042 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
27043 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
27044 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
27045 ignored by the regular @kbd{a r} command
27046 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).@refill
27048 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
27049 This will simplify the formula whenever @cite{b} and/or @cite{c} can
27050 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
27051 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
27052 Symbolic Mode has been enabled to keep the square root from being
27053 evaulated to a floating-point approximation).  This rule is also
27054 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
27055 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
27057 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
27058 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
27059 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
27060 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
27061 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
27062 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
27063 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
27064 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
27065 the keyboard macro @kbd{' tri($) @key{RET}} to make a command that applies
27066 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
27068 @cindex Quaternions
27069 The following rule set, contributed by @c{Fran\c cois}
27070 @asis{Francois} Pinard, implements
27071 @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of complex numbers.
27072 Quaternions have four components, and are here represented by function
27073 calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y}, @var{z}])} with ``real
27074 part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts collected into a
27075 vector.  Various arithmetical operations on quaternions are supported.
27076 To use these rules, either add them to @code{EvalRules}, or create a
27077 command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion formulas.
27078 A convenient way to enter quaternions would be a command defined by
27079 a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $]) @key{RET}}.
27081 @smallexample
27082 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
27083   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
27084   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
27085   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
27086   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
27087   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
27088   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
27089   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
27090   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
27091      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
27092   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
27093   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
27094   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
27095   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
27096   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
27097                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
27098   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
27099                :: integer(k) :: k > 2,
27100   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
27101 @end smallexample
27103 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
27104 In other words, @cite{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
27105 @cite{q1} and @cite{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
27106 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
27107 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
27108 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
27109 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
27111 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
27112 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
27113 results in the four-argument form, just append the two items
27114 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
27115 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
27116 in @code{EvalRules}.)
27118 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
27119 @chapter Operating on Units
27121 @noindent
27122 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
27123 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
27124 per second squared.''  The commands in this chapter help you
27125 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
27126 begin with the @kbd{u} prefix key.
27128 @menu
27129 * Basic Operations on Units::
27130 * The Units Table::
27131 * Predefined Units::
27132 * User-Defined Units::
27133 @end menu
27135 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
27136 @section Basic Operations on Units
27138 @noindent
27139 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
27140 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
27141 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
27142 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
27143 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
27144 where the command applies to all units expressions which appear in the
27145 formula.
27147 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
27148 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
27149 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
27150 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
27151 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
27152 @pxref{User-Defined Units}.@refill
27154 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
27155 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
27156 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
27157 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
27158 representation of one millimeter.@refill
27160 You may find that Algebraic Mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
27161 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
27162 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
27164 @kindex u s
27165 @pindex calc-simplify-units
27166 @ignore
27167 @mindex usimpl@idots
27168 @end ignore
27169 @tindex usimplify
27170 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
27171 simplifies a units
27172 expression.  It uses @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) to simplify the
27173 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
27174 features that can be further simplified by converting one object's units
27175 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
27176 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
27177 added, the righthand term's units are converted to match those of the
27178 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
27179 automatically at all times.@refill
27181 Units simplification also handles quotients of two units with the same
27182 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
27183 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
27184 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
27185 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
27186 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
27187 applied to units expressions, in which case
27188 the operation in question is applied only to the numeric part of the
27189 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
27190 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.@refill
27192 @kindex u c
27193 @pindex calc-convert-units
27194 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
27195 expression to new, compatible units.  For example, given the units
27196 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
27197 @samp{24.5872 m/s}.  If the units you request are inconsistent with
27198 the original units, the number will be converted into your units
27199 times whatever ``remainder'' units are left over.  For example,
27200 converting @samp{55 mph} into acres produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.
27201 (Recall that multiplication binds more strongly than division in Calc
27202 formulas, so the units here are acres per meter-second.)  Remainder
27203 units are expressed in terms of ``fundamental'' units like @samp{m} and
27204 @samp{s}, regardless of the input units.
27206 One special exception is that if you specify a single unit name, and
27207 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
27208 that compatible unit will be converted to the new unit and the
27209 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
27210 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
27211 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
27212 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
27213 changed to the base unit @samp{m}.
27215 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
27216 to gain more control over the units of the result of an expression.
27217 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
27218 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
27219 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
27220 in fathoms, if you preferred!)
27222 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
27223 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
27224 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
27225 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
27226 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
27227 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
27228 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
27230 @cindex Composite units
27231 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
27232 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
27233 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
27234 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
27235 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
27236 It then accounts for as much of the input quantity as it can
27237 using an integer number times the largest unit, then moves on
27238 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
27239 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
27240 standard unit names exist for common combinations, such as
27241 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
27242 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
27243 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
27245 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
27246 prompt first for the old units which this value should be considered
27247 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
27248 give are consistent with each other, the result also will not contain
27249 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm @key{RET} in @key{RET}} converts the number
27250 2 on the stack to 5.08.
27252 @kindex u b
27253 @pindex calc-base-units
27254 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
27255 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
27256 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
27257 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
27259 The @kbd{u c} and @kbd{u b} commands treat temperature units (like
27260 @samp{degC} and @samp{K}) as relative temperatures.  For example,
27261 @kbd{u c} converts @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10
27262 degrees Celsius corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.
27264 @kindex u t
27265 @pindex calc-convert-temperature
27266 @cindex Temperature conversion
27267 The @kbd{u t} (@code{calc-convert-temperature}) command converts
27268 absolute temperatures.  The value on the stack must be a simple units
27269 expression with units of temperature only.  This command would convert
27270 @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the equivalent temperature on the
27271 Fahrenheit scale.@refill
27273 @kindex u r
27274 @pindex calc-remove-units
27275 @kindex u x
27276 @pindex calc-extract-units
27277 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
27278 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
27279 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
27280 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
27281 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
27282 constant 1, then resimplify the formula.@refill
27284 @kindex u a
27285 @pindex calc-autorange-units
27286 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
27287 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
27288 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
27289 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
27290 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
27291 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
27292 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
27293 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
27294 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
27296 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
27297 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
27298 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
27299 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
27300 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
27301 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
27302 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
27303 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
27304 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
27305 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
27306 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
27307 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
27308 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
27309 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
27310 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
27311 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
27313 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
27314 @section The Units Table
27316 @noindent
27317 @kindex u v
27318 @pindex calc-enter-units-table
27319 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
27320 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
27321 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
27322 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
27323 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
27324 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
27325 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
27326 and steradians.
27328 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
27329 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
27330 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
27331 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
27332 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27333 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27335 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27336 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27337 argument to @kbd{u v}.
27339 @kindex u V
27340 @pindex calc-view-units-table
27341 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27342 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27343 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27344 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{M-# c}
27345 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27346 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27347 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27349 @kindex u g
27350 @pindex calc-get-unit-definition
27351 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27352 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27353 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27354 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27355 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27356 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27357 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27358 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27359 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27361 @kindex u e
27362 @pindex calc-explain-units
27363 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27364 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27365 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27366 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27367 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27368 column of the Units Table.
27370 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27371 @section Predefined Units
27373 @noindent
27374 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27375 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27376 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27377 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27378 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27379 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27380 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27381 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27383 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27384 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27385 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27386 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27387 of the various temperature scales.
27389 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27390 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27392 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27393 @tex
27394 for \AA ngstroms.
27395 @end tex
27396 @ifinfo
27397 for Angstroms.
27398 @end ifinfo
27400 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27401 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  There is
27402 also @code{tpt}, which stands for a printer's point as defined by the
27403 @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 tpt = 1 in}.
27405 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27406 because algebra command could mistake this for the special constant
27407 @cite{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
27408 preferable to @code{e}.
27410 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
27411 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
27412 Meanwhile, one ``@cite{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
27414 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
27415 a metric ton of @samp{1000 kg}.
27417 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
27418 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
27420 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
27421 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
27422 constant.  You can use these just like other units: converting
27423 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
27424 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
27425 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
27426 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
27427 units.
27429 Two units, @code{pi} and @code{fsc} (the fine structure constant,
27430 approximately @i{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
27431 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
27432 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
27433 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
27434 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
27435 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
27436 really is unitless.)
27438 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
27440 @node User-Defined Units, , Predefined Units, Units
27441 @section User-Defined Units
27443 @noindent
27444 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
27445 units, as well as ways to define your own new units.
27447 @kindex u 0-9
27448 @pindex calc-quick-units
27449 @vindex Units
27450 @cindex @code{Units} variable
27451 @cindex Quick units
27452 To select your favorite units, store a vector of unit names or
27453 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
27454 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
27455 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
27456 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
27457 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
27458 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
27459 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
27460 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
27461 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
27462 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
27463 to @samp{2.5 ft}.
27465 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
27466 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
27467 variable has no stored value (the default), or if its value is not
27468 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
27469 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
27470 variable; @pxref{Operations on Variables}.
27472 @kindex u d
27473 @pindex calc-define-unit
27474 @cindex User-defined units
27475 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
27476 expression on the top of the stack as the definition for a new,
27477 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
27478 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
27479 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
27480 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
27481 prompted for an optional English description of the unit, which will
27482 appear in the Units Table.
27484 @kindex u u
27485 @pindex calc-undefine-unit
27486 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
27487 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
27488 however.
27490 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
27491 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
27492 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
27493 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
27494 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
27496 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
27497 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
27498 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
27499 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
27500 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
27501 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
27502 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
27503 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
27504 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
27506 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
27507 possible to create user-defined temperature units.
27509 @kindex u p
27510 @pindex calc-permanent-units
27511 @cindex @file{.emacs} file, user-defined units
27512 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
27513 units in your @file{.emacs} file, so that the units will still be
27514 available in subsequent Emacs sessions.  If there was already a set of
27515 user-defined units in your @file{.emacs} file, it is replaced by the
27516 new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to use
27517 a different file instead of @file{.emacs}.)
27519 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
27520 @chapter Storing and Recalling
27522 @noindent
27523 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
27524 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
27525 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
27526 to variables use the @kbd{s} prefix key.
27528 @menu
27529 * Storing Variables::
27530 * Recalling Variables::
27531 * Operations on Variables::
27532 * Let Command::
27533 * Evaluates-To Operator::
27534 @end menu
27536 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
27537 @section Storing Variables
27539 @noindent
27540 @kindex s s
27541 @pindex calc-store
27542 @cindex Storing variables
27543 @cindex Quick variables
27544 @vindex q0
27545 @vindex q9
27546 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
27547 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
27548 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
27549 immediately in one of the ``quick'' variables @code{var-q0} through
27550 @code{var-q9}.  Or you can enter any variable name.  The prefix @samp{var-}
27551 is supplied for you; when a name appears in a formula (as in @samp{a+q2})
27552 the prefix @samp{var-} is also supplied there, so normally you can simply
27553 forget about @samp{var-} everywhere.  Its only purpose is to enable you to
27554 use Calc variables without fear of accidentally clobbering some variable in
27555 another Emacs package.  If you really want to store in an arbitrary Lisp
27556 variable, just backspace over the @samp{var-}.
27558 @kindex s t
27559 @pindex calc-store-into
27560 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
27561 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
27562 value from the stack and stores it in a variable.
27564 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
27565 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
27566 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
27567 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
27568 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
27569 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
27570 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
27571 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
27573 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
27574 assignments with different variables on their lefthand sides; the
27575 default will be to store all the variables with their corresponding
27576 righthand sides simultaneously.
27578 It is also possible to type an equation or assignment directly at
27579 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
27580 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
27581 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
27582 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
27583 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
27585 @kindex s 0-9
27586 @kindex t 0-9
27587 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
27588 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
27589 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
27590 for trail and time/date commands.)
27592 @kindex s +
27593 @kindex s -
27594 @ignore
27595 @mindex @idots
27596 @end ignore
27597 @kindex s *
27598 @ignore
27599 @mindex @null
27600 @end ignore
27601 @kindex s /
27602 @ignore
27603 @mindex @null
27604 @end ignore
27605 @kindex s ^
27606 @ignore
27607 @mindex @null
27608 @end ignore
27609 @kindex s |
27610 @ignore
27611 @mindex @null
27612 @end ignore
27613 @kindex s n
27614 @ignore
27615 @mindex @null
27616 @end ignore
27617 @kindex s &
27618 @ignore
27619 @mindex @null
27620 @end ignore
27621 @kindex s [
27622 @ignore
27623 @mindex @null
27624 @end ignore
27625 @kindex s ]
27626 @pindex calc-store-plus
27627 @pindex calc-store-minus
27628 @pindex calc-store-times
27629 @pindex calc-store-div
27630 @pindex calc-store-power
27631 @pindex calc-store-concat
27632 @pindex calc-store-neg
27633 @pindex calc-store-inv
27634 @pindex calc-store-decr
27635 @pindex calc-store-incr
27636 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
27637 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
27638 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
27639 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
27640 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
27641 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
27643 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
27644 order of the operands.  If @cite{v} represents the contents of the
27645 variable, and @cite{a} is the value drawn from the stack, then regular
27646 @w{@kbd{s -}} assigns @c{$v \coloneq v - a$}
27647 @cite{v := v - a}, but @kbd{I s -} assigns
27648 @c{$v \coloneq a - v$}
27649 @cite{v := a - v}.  While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
27650 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
27651 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
27652 forwards and backwards:
27654 @example
27655 @group
27656 s +        v := v + a          v := a + v
27657 s -        v := v - a          v := a - v
27658 s *        v := v * a          v := a * v
27659 s /        v := v / a          v := a / v
27660 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
27661 s |        v := v | a          v := a | v
27662 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
27663 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
27664 s [        v := v - 1          v := 1 - v
27665 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
27666 @end group
27667 @end example
27669 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
27670 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
27671 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
27672 minus-two minus the variable.
27674 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
27675 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
27676 arithmetic stores that don't remove the value @cite{a} from the stack.
27678 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
27679 Trail for your information.  They signal an error if the variable
27680 previously had no stored value.  If default simplifications have been
27681 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
27682 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
27683 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
27684 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
27686 @kindex s m
27687 @pindex calc-store-map
27688 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
27689 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
27690 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
27691 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
27692 all you do is type the Calc command key that would invoke that
27693 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
27694 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
27695 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
27696 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
27697 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
27698 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
27700 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
27701 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
27702 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @cite{a}
27703 on the stack computes @cite{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
27704 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
27705 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
27706 equivalent to @kbd{I s -}.
27708 @kindex s x
27709 @pindex calc-store-exchange
27710 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
27711 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
27712 variable must already have a stored value for this to work.
27714 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
27715 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
27716 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
27718 @kindex s u
27719 @pindex calc-unstore
27720 @cindex Void variables
27721 @cindex Un-storing variables
27722 Until you store something in them, variables are ``void,'' that is, they
27723 contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula they
27724 will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
27725 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
27726 void state.@refill
27728 The only variables with predefined values are the ``special constants''
27729 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
27730 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
27731 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
27732 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
27733 you change the value of one of these variables, or of one of the other
27734 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
27735 normally void).
27737 Note that @code{var-pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored
27738 in it, but rather a special magic value that evaluates to @c{$\pi$}
27739 @cite{pi}
27740 at the current precision.  Likewise @code{var-e}, @code{var-i}, and
27741 @code{var-phi} evaluate according to the current precision or polar mode.
27742 If you recall a value from @code{pi} and store it back, this magic
27743 property will be lost.
27745 @kindex s c
27746 @pindex calc-copy-variable
27747 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
27748 value of one variable to another.  It differs from a simple @kbd{s r}
27749 followed by an @kbd{s t} in two important ways.  First, the value never
27750 goes on the stack and thus is never rounded, evaluated, or simplified
27751 in any way; it is not even rounded down to the current precision.
27752 Second, the ``magic'' contents of a variable like @code{var-e} can
27753 be copied into another variable with this command, perhaps because
27754 you need to unstore @code{var-e} right now but you wish to put it
27755 back when you're done.  The @kbd{s c} command is the only way to
27756 manipulate these magic values intact.
27758 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
27759 @section Recalling Variables
27761 @noindent
27762 @kindex s r
27763 @pindex calc-recall
27764 @cindex Recalling variables
27765 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
27766 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
27767 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
27768 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
27769 an error to try to recall a void variable.
27771 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
27772 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
27773 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
27774 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
27775 latter will produce an error message.
27777 @kindex r 0-9
27778 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
27779 equivalent to @kbd{s r 9}.  (The @kbd{r} prefix is otherwise unused
27780 in the current version of Calc.)
27782 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
27783 @section Other Operations on Variables
27785 @noindent
27786 @kindex s e
27787 @pindex calc-edit-variable
27788 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
27789 value of a variable without ever putting that value on the stack
27790 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
27791 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
27792 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
27793 empty when you press @kbd{M-# M-#} to finish, the variable will
27794 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
27795 description of editing.
27797 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
27798 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
27799 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
27800 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
27801 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
27802 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
27803 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
27804 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
27805 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
27806 as a side effect of putting the value on the stack.
27808 @kindex s A
27809 @kindex s D
27810 @ignore
27811 @mindex @idots
27812 @end ignore
27813 @kindex s E
27814 @ignore
27815 @mindex @null
27816 @end ignore
27817 @kindex s F
27818 @ignore
27819 @mindex @null
27820 @end ignore
27821 @kindex s G
27822 @ignore
27823 @mindex @null
27824 @end ignore
27825 @kindex s H
27826 @ignore
27827 @mindex @null
27828 @end ignore
27829 @kindex s I
27830 @ignore
27831 @mindex @null
27832 @end ignore
27833 @kindex s L
27834 @ignore
27835 @mindex @null
27836 @end ignore
27837 @kindex s P
27838 @ignore
27839 @mindex @null
27840 @end ignore
27841 @kindex s R
27842 @ignore
27843 @mindex @null
27844 @end ignore
27845 @kindex s T
27846 @ignore
27847 @mindex @null
27848 @end ignore
27849 @kindex s U
27850 @ignore
27851 @mindex @null
27852 @end ignore
27853 @kindex s X
27854 @pindex calc-store-AlgSimpRules
27855 @pindex calc-store-Decls
27856 @pindex calc-store-EvalRules
27857 @pindex calc-store-FitRules
27858 @pindex calc-store-GenCount
27859 @pindex calc-store-Holidays
27860 @pindex calc-store-IntegLimit
27861 @pindex calc-store-LineStyles
27862 @pindex calc-store-PointStyles
27863 @pindex calc-store-PlotRejects
27864 @pindex calc-store-TimeZone
27865 @pindex calc-store-Units
27866 @pindex calc-store-ExtSimpRules
27867 There are several special-purpose variable-editing commands that
27868 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
27870 @table @kbd
27871 @item s A
27872 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
27873 @item s D
27874 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
27875 @item s E
27876 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Default Simplifications}.
27877 @item s F
27878 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
27879 @item s G
27880 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
27881 @item s H
27882 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
27883 @item s I
27884 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
27885 @item s L
27886 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
27887 @item s P
27888 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
27889 @item s R
27890 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
27891 @item s T
27892 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
27893 @item s U
27894 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
27895 @item s X
27896 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
27897 @end table
27899 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
27900 names rather than prompting for the variable name.
27902 @kindex s p
27903 @pindex calc-permanent-variable
27904 @cindex Storing variables
27905 @cindex Permanent variables
27906 @cindex @file{.emacs} file, veriables
27907 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
27908 variable's value permanently in your @file{.emacs} file, so that its
27909 value will still be available in future Emacs sessions.  You can
27910 re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
27911 only way to remove a saved variable is to edit your @file{.emacs} file
27912 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
27913 use a different file instead of @file{.emacs}.)
27915 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
27916 @kbd{s p @key{RET}}), all @samp{var-} variables with defined values
27917 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
27918 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
27919 and @code{PlotRejects};
27920 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
27921 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
27922 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
27923 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)@refill
27925 @kindex s i
27926 @pindex calc-insert-variables
27927 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
27928 the values of all @samp{var-} variables into a specified buffer.
27929 The variables are written in the form of Lisp @code{setq} commands
27930 which store the values in string form.  You can place these commands
27931 in your @file{.emacs} buffer if you wish, though in this case it
27932 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
27933 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
27934 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
27935 stores in a more human-readable format.)
27937 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
27938 @section The Let Command
27940 @noindent
27941 @kindex s l
27942 @pindex calc-let
27943 @cindex Variables, temporary assignment
27944 @cindex Temporary assignment to variables
27945 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
27946 compute its value where @cite{b=3}, you can simply store 3 in @cite{b} and
27947 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
27948 of leaving the stored value of 3 in @cite{b} for future operations.
27950 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
27951 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
27952 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
27953 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
27954 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
27955 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
27956 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
27957 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
27958 by these commands.
27960 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
27961 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
27962 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
27964 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
27965 assignment:  @kbd{s l b=3 @key{RET}} is the same as storing 3 on the stack
27966 and typing @kbd{s l b @key{RET}}.
27968 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
27969 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
27970 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
27971 example, letting @cite{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
27972 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
27973 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
27975 @node Evaluates-To Operator, , Let Command, Store and Recall
27976 @section The Evaluates-To Operator
27978 @noindent
27979 @tindex evalto
27980 @tindex =>
27981 @cindex Evaluates-to operator
27982 @cindex @samp{=>} operator
27983 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
27984 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
27985 other language modes like Pascal and @TeX{}.)  This is a binary
27986 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
27987 although it can be entered with the righthand argument omitted.
27989 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
27990 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
27991 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
27992 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
27993 command according to all current modes and stored variable values,
27994 and the result is installed as the new value of @var{b}.
27996 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
27997 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
27998 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
28000 @kindex s =
28001 @pindex calc-evalto
28002 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
28003 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
28004 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
28005 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
28006 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
28008 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
28009 recomputes them whenever anything changes that might affect their
28010 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
28011 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
28012 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
28013 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
28014 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
28015 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
28016 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
28017 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
28018 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
28019 make a concise display of all the variables in your problem.
28020 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
28021 which provides a slightly different format of display.  You
28022 can use whichever you find easiest to read.)
28024 @kindex m C
28025 @pindex calc-auto-recompute
28026 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
28027 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
28028 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
28029 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
28030 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
28031 a lot of time if you will be changing several modes or variables
28032 before you look at the @samp{=>} entries again.
28034 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
28035 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
28036 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
28037 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
28038 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
28039 to select the lefthand side, execute your commands, then type
28040 @kbd{j u} to unselect.
28042 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
28043 including the current simplification mode.  Recall that the
28044 formula @samp{x + y + x} is not handled by Calc's default
28045 simplifications, but the @kbd{a s} command will reduce it to
28046 the simpler form @samp{y + 2 x}.  You can also type @kbd{m A}
28047 to enable an algebraic-simplification mode in which the
28048 equivalent of @kbd{a s} is used on all of Calc's results.
28049 If you enter @samp{x + y + x =>} normally, the result will
28050 be @samp{x + y + x => x + y + x}.  If you change to
28051 algebraic-simplification mode, the result will be
28052 @samp{x + y + x => y + 2 x}.  However, just pressing @kbd{a s}
28053 once will have no effect on @samp{x + y + x => x + y + x},
28054 because the righthand side depends only on the lefthand side
28055 and the current mode settings, and the lefthand side is not
28056 affected by commands like @kbd{a s}.
28058 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
28059 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
28060 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
28061 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
28062 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
28063 side will temporarily show this value for the variable.  In
28064 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
28065 to that variable.  But this change is temporary in the sense
28066 that the next command that causes Calc to look at those stack
28067 entries will make them revert to the old variable value.
28069 @smallexample
28070 @group
28071 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
28072 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
28073     .                      .                   .
28075                            17 s l a @key{RET}        p 8 @key{RET}
28076 @end group
28077 @end smallexample
28079 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
28080 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
28081 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d @key{SPC}} command
28082 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
28083 operators on the stack to be recomputed without any other
28084 side effects.
28086 @kindex s :
28087 @pindex calc-assign
28088 @tindex assign
28089 @tindex :=
28090 Embedded Mode also uses @samp{=>} operators.  In embedded mode,
28091 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
28092 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
28093 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
28094 by itself.  But Embedded Mode recognizes it and marks it as a sort
28095 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
28096 operators in algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
28097 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
28098 and value from the stack and replaces them with an assignment.
28100 @xref{TeX Language Mode}, for the way @samp{=>} appears in
28101 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
28102 treatment to @samp{=>}.
28104 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
28105 @chapter Graphics
28107 @noindent
28108 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
28109 uses GNUPLOT 2.0 or 3.0 to do graphics.  These commands will only work
28110 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
28111 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
28112 However, it is free software and can be obtained from the Free
28113 Software Foundation's machine @samp{prep.ai.mit.edu}.)
28115 @vindex calc-gnuplot-name
28116 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
28117 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable
28118 in your @file{.emacs} file.  You may also need to set some Lisp
28119 variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
28120 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are
28121 using the X window system, Calc will configure GNUPLOT for you
28122 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 and you are not using X,
28123 Calc will configure GNUPLOT to display graphs using simple character
28124 graphics that will work on any terminal.
28126 @menu
28127 * Basic Graphics::
28128 * Three Dimensional Graphics::
28129 * Managing Curves::
28130 * Graphics Options::
28131 * Devices::
28132 @end menu
28134 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
28135 @section Basic Graphics
28137 @noindent
28138 @kindex g f
28139 @pindex calc-graph-fast
28140 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
28141 This command takes two vectors of equal length from the stack.
28142 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
28143 the various data points.  The vector in the second-to-top position
28144 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
28145 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
28146 commands) and displays the set of data points.  The points will
28147 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
28148 to indicate the points themselves.
28150 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
28151 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
28152 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
28154 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
28155 sequence of ``x'' values @cite{x}, @cite{x+1}, @cite{x+2}, etc.
28156 (Generally the number 0 or 1 would be used for @cite{x} in this case.)
28158 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
28159 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
28160 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
28161 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
28162 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
28163 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
28164 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
28165 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
28166 or an interval if ``y'' is a formula.)
28168 @ignore
28169 @starindex
28170 @end ignore
28171 @tindex xy
28172 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
28173 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
28174 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
28175 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
28176 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
28177 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
28178 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
28179 will be a circle.@refill
28181 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
28182 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
28183 variables.
28185 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
28186 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
28187 be real numbers (integers, fractions, or floats).  If either the ``x''
28188 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
28189 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
28190 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
28192 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
28193 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
28195 @cindex @code{PlotRejects} variable
28196 @vindex PlotRejects
28197 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
28198 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
28199 this vector for every data point which was rejected because its
28200 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
28201 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
28202 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
28203 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
28204 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
28205 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
28206 @code{PlotRejects}.
28208 @kindex g c
28209 @pindex calc-graph-clear
28210 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
28211 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
28212 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
28213 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
28214 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
28215 window if there is one.
28217 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
28218 @section Three-Dimensional Graphics
28220 @kindex g F
28221 @pindex calc-graph-fast-3d
28222 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
28223 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
28224 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
28226 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
28227 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
28228 are several options for these values.
28230 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
28231 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
28232 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
28233 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
28234 result is a surface plot where @c{$z_{ij}$}
28235 @cite{z_ij} is the height of the point
28236 at coordinate @cite{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
28237 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
28238 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
28239 buffer as described later.  See the GNUPLOT 3.0 documentation for a
28240 description of the @samp{set view} command.
28242 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
28243 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
28245 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
28246 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
28247 where the coordinates of points along the line are successive triplets
28248 of values from the input vectors.
28250 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
28251 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
28252 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
28253 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
28254 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
28255 3D surface.
28257 @ignore
28258 @starindex
28259 @end ignore
28260 @tindex xyz
28261 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
28262 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
28263 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
28264 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
28265 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
28266 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
28267 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
28268 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
28269 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
28270 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
28271 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
28272 vectors with more than 5 elements.
28274 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
28275 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
28276 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
28277 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
28278 helix (a three-dimensional spiral).
28280 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
28281 variables containing the relevant data.
28283 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
28284 @section Managing Curves
28286 @noindent
28287 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
28288 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
28289 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
28290 by using these commands directly.
28292 @kindex g a
28293 @pindex calc-graph-add
28294 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
28295 represented by the two values on the top of the stack to the current
28296 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
28297 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
28298 on the same axes.
28300 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
28301 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
28302 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
28303 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
28304 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
28305 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
28306 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
28307 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
28308 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
28309 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
28310 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
28311 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
28312 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28314 @vindex PlotData1
28315 @vindex PlotData2
28316 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
28317 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
28318 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
28319 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
28320 that uses a certain variable and then later change that variable, you
28321 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
28322 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
28323 itself, is what was added by @kbd{g a}.
28325 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
28326 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
28327 argument @cite{n}, the top @cite{n} stack entries are ``y'' values
28328 for @cite{n} different curves which share a common ``x'' value in
28329 the @cite{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
28330 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
28332 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
28333 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
28334 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
28336 A negative prefix argument tells Calc to read @cite{n} vectors from
28337 the stack; each vector @cite{[x, y]} describes an independent curve.
28338 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
28339 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
28340 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
28341 they are to look nice on the same graph.)
28343 For example, to plot @c{$\sin n x$}
28344 @cite{sin(n x)} for integers @cite{n}
28345 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
28346 (@cite{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
28347 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
28348 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
28349 command.
28351 @kindex g A
28352 @pindex calc-graph-add-3d
28353 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
28354 to the graph.  It is not legal to intermix 2D and 3D curves in a
28355 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
28356 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @cite{n}, it
28357 takes @cite{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @cite{n}
28358 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
28359 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
28360 prefix @cite{-n}, it takes @cite{n} vectors of the form @cite{[x, y, z]}.
28361 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
28362 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28364 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
28365 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
28366 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
28367 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
28368 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
28369 check for this.)
28371 @kindex g d
28372 @pindex calc-graph-delete
28373 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
28374 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
28375 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
28376 it deletes all of the curves from the graph.
28378 @kindex g H
28379 @pindex calc-graph-hide
28380 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
28381 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
28382 the actual plot, but information about it such as its name and line and
28383 point styles will be retained.
28385 @kindex g j
28386 @pindex calc-graph-juggle
28387 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
28388 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
28389 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
28390 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
28391 with any curve in the graph even though curve-related commands only
28392 affect the last curve in the list.
28394 @kindex g p
28395 @pindex calc-graph-plot
28396 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
28397 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
28398 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
28399 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
28400 command are written to a temporary data file and the variable names
28401 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
28402 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
28403 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
28404 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
28406 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
28407 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
28408 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
28409 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
28410 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
28411 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
28412 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
28414 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
28415 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
28416 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
28417 the data points it has computed and saved from previous plots of the
28418 function, and computes and inserts a new data point midway between
28419 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
28420 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
28422 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
28423 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
28424 the current graph is three-dimensional.
28426 @kindex g P
28427 @pindex calc-graph-print
28428 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
28429 except that it sends the output to a printer instead of to the
28430 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
28431 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
28432 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
28433 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
28434 uses a different set of default values.  All of these values are
28435 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
28436 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
28437 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
28438 always plot to the printer.
28440 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
28441 @section Graphics Options
28443 @noindent
28444 @kindex g g
28445 @pindex calc-graph-grid
28446 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
28447 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
28448 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
28449 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
28450 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
28451 of the change you must give another @kbd{g p} command.
28453 @kindex g b
28454 @pindex calc-graph-border
28455 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
28456 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
28457 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
28459 @kindex g k
28460 @pindex calc-graph-key
28461 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
28462 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
28463 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
28464 off by default, and is only really useful if you have several
28465 curves on the same graph.
28467 @kindex g N
28468 @pindex calc-graph-num-points
28469 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
28470 to select the number of data points in the graph.  This only affects
28471 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
28472 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
28473 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
28474 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
28475 a blank line, displays the default number of points used for all
28476 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
28477 With a negative prefix argument, this command changes or displays
28478 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
28479 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @cite{5^2 = 25} points
28480 will be computed for the surface.
28482 Data values in the graph of a function are normally computed to a
28483 precision of five digits, regardless of the current precision at the
28484 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
28485 it will not be.  For example, plotting @cite{1 + x} with @cite{x} in the
28486 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
28487 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
28488 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
28489 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
28490 there is no keystroke-based command to set the precision.
28492 @kindex g h
28493 @pindex calc-graph-header
28494 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
28495 for the graph.  This will show up centered above the graph.
28496 The default title is blank (no title).
28498 @kindex g n
28499 @pindex calc-graph-name
28500 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
28501 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
28502 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
28503 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
28504 the other curves you must first juggle them to the end of the list
28505 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
28506 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
28507 not used.
28509 @kindex g t
28510 @kindex g T
28511 @pindex calc-graph-title-x
28512 @pindex calc-graph-title-y
28513 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
28514 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
28515 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
28516 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
28517 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
28518 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
28519 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
28521 @kindex g r
28522 @kindex g R
28523 @pindex calc-graph-range-x
28524 @pindex calc-graph-range-y
28525 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
28526 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
28527 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
28528 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
28529 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
28530 default behavior of setting the range based on the range of values
28531 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
28532 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
28533 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
28535 @kindex g l
28536 @kindex g L
28537 @pindex calc-graph-log-x
28538 @pindex calc-graph-log-y
28539 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
28540 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
28541 be logarithmic instead of linear.
28543 @kindex g C-l
28544 @kindex g C-r
28545 @kindex g C-t
28546 @pindex calc-graph-log-z
28547 @pindex calc-graph-range-z
28548 @pindex calc-graph-title-z
28549 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
28550 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
28551 for the ``z'' axis.
28553 @kindex g z
28554 @kindex g Z
28555 @pindex calc-graph-zero-x
28556 @pindex calc-graph-zero-y
28557 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
28558 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
28559 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
28560 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
28561 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
28562 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
28563 not available for 3D plots.
28565 @kindex g s
28566 @pindex calc-graph-line-style
28567 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
28568 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
28569 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
28570 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
28571 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
28572 start at one and their meanings vary depending on the output device.
28573 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
28574 available for any device.
28576 @kindex g S
28577 @pindex calc-graph-point-style
28578 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
28579 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
28580 If you turn both lines and points off, the data points will show as
28581 tiny dots.
28583 @cindex @code{LineStyles} variable
28584 @cindex @code{PointStyles} variable
28585 @vindex LineStyles
28586 @vindex PointStyles
28587 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
28588 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
28589 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
28590 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
28591 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
28592 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
28593 the style be chosen automatically, or @i{-1} to turn off lines or points
28594 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
28595 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
28596 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
28598 For example, @kbd{'[2 -1 3] @key{RET} s t LineStyles} causes the first curve
28599 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
28600 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
28601 still be assigned automatically, but you could store another vector in
28602 @code{PointStyles} to define them, too.
28604 @node Devices, , Graphics Options, Graphics
28605 @section Graphical Devices
28607 @noindent
28608 @kindex g D
28609 @pindex calc-graph-device
28610 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
28611 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
28612 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
28613 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
28614 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
28616 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
28617 the default device name, used by all plots in the future which do
28618 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
28619 blank line this command shows you the current default.  The special
28620 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
28621 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
28622 @code{DISPLAY} environment variable), or otherwise @code{dumb} under
28623 GNUPLOT 3.0 and later, or @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.
28624 This is the initial default value.
28626 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
28627 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
28628 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
28629 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
28630 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
28631 dumb terminals will be @c{$80\times24$}
28632 @asis{80x24} characters.  The graph is displayed in
28633 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{M-# M-#} to exit
28634 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
28635 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
28637 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
28638 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
28639 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
28640 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
28641 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
28642 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
28643 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
28644 of the four directions.
28646 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
28647 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
28648 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
28649 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
28650 plot on any text-only printer.
28652 @kindex g O
28653 @pindex calc-graph-output
28654 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of
28655 the output file used by GNUPLOT.  For some devices, notably @code{x11},
28656 there is no output file and this information is not used.  Many other
28657 ``devices'' are really file formats like @code{postscript}; in these
28658 cases the output in the desired format goes into the file you name
28659 with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout @key{RET}} to set GNUPLOT to write
28660 to its standard output stream, i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.
28661 This is the default setting.
28663 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
28664 is going to write graphics commands directly to its standard output,
28665 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
28666 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
28667 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
28668 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
28669 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
28670 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
28671 to Emacs afterwards to refresh the screen.
28673 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
28674 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
28675 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
28676 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
28677 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
28678 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
28680 The default and printer devices and output files can be saved
28681 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
28682 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
28683 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
28684 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
28685 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28687 @vindex calc-gnuplot-plot-command
28688 @vindex calc-gnuplot-default-device
28689 @vindex calc-gnuplot-default-output
28690 @vindex calc-gnuplot-print-command
28691 @vindex calc-gnuplot-print-device
28692 @vindex calc-gnuplot-print-output
28693 If you are installing Calc you may wish to configure the default and
28694 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
28695 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
28696 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
28697 file names must be either strings as described above, or Lisp
28698 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
28700 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
28701 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
28702 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
28703 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
28704 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
28705 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
28706 to display or print the output.
28708 @kindex g x
28709 @pindex calc-graph-display
28710 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
28711 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
28712 a blank line to see the current display name.  This command has no
28713 effect unless the current device is @code{x11}.
28715 @kindex g X
28716 @pindex calc-graph-geometry
28717 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
28718 command for specifying the position and size of the X window.
28719 The normal value is @code{default}, which generally means your
28720 window manager will let you place the window interactively.
28721 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
28722 window in the upper-left corner of the screen.
28724 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
28725 session with GNUPLOT.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
28726 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
28727 error message has appeared here and display the buffer for you when
28728 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
28729 something has gone wrong.
28731 @kindex g C
28732 @pindex calc-graph-command
28733 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
28734 enter any line of text, then simply sends that line to the current
28735 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
28736 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
28737 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
28739 @kindex g v
28740 @kindex g V
28741 @pindex calc-graph-view-commands
28742 @pindex calc-graph-view-trail
28743 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
28744 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
28745 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
28746 This happens automatically when Calc thinks there is something you
28747 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
28748 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
28749 buffer is hidden again.
28751 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
28752 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
28753 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
28754 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
28755 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
28756 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
28757 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
28758 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
28759 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
28760 You may have to type @kbd{g C @key{RET}} a few times to clear the
28761 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
28762 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
28763 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
28764 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
28765 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
28766 with @kbd{g p}.
28768 @kindex g q
28769 @pindex calc-graph-quit
28770 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
28771 process that is running.  The next graphing command you give will
28772 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
28773 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
28774 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
28775 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
28777 @kindex g K
28778 @pindex calc-graph-kill
28779 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
28780 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
28781 you can see the process being killed.  This is better if you are
28782 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
28784 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
28785 @chapter Kill and Yank Functions
28787 @noindent
28788 The commands in this chapter move information between the Calculator and
28789 other Emacs editing buffers.
28791 In many cases Embedded Mode is an easier and more natural way to
28792 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
28794 @menu
28795 * Killing From Stack::
28796 * Yanking Into Stack::
28797 * Grabbing From Buffers::
28798 * Yanking Into Buffers::
28799 * X Cut and Paste::
28800 @end menu
28802 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
28803 @section Killing from the Stack
28805 @noindent
28806 @kindex C-k
28807 @pindex calc-kill
28808 @kindex M-k
28809 @pindex calc-copy-as-kill
28810 @kindex C-w
28811 @pindex calc-kill-region
28812 @kindex M-w
28813 @pindex calc-copy-region-as-kill
28814 @cindex Kill ring
28815 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the
28816 ``kill ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y}
28817 command.  Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which
28818 kills one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point,
28819 and @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
28820 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too.  Also,
28821 @kbd{M-k} has been provided to complete the set; it puts the current line
28822 into the kill ring without deleting anything.
28824 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
28825 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below the
28826 bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.  Otherwise,
28827 they operate on whatever stack element the cursor is on.  Calc's kill
28828 commands always operate on whole stack entries.  (They act the same as their
28829 standard Emacs cousins except they ``round up'' the specified region to
28830 encompass full lines.)  The text is copied into the kill ring exactly as
28831 it appears on the screen, including line numbers if they are enabled.
28833 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
28834 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @cite{n-1}
28835 lines below it.  A negative argument kills the @cite{-n} lines above the
28836 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
28837 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
28838 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
28839 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
28840 newline.
28842 @node Yanking Into Stack, Grabbing From Buffers, Killing From Stack, Kill and Yank
28843 @section Yanking into the Stack
28845 @noindent
28846 @kindex C-y
28847 @pindex calc-yank
28848 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
28849 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
28850 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
28851 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
28852 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
28853 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
28854 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
28855 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
28856 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
28857 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
28858 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
28859 difference.)
28861 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
28862 @section Grabbing from Other Buffers
28864 @noindent
28865 @kindex M-# g
28866 @pindex calc-grab-region
28867 The @kbd{M-# g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
28868 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
28869 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
28870 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
28871 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
28872 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
28873 If the @kbd{M-# g} command works successfully, it does an automatic
28874 @kbd{M-# c} to enter the Calculator buffer.
28876 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
28877 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
28878 @cite{n}th following newline (so that @kbd{M-1 M-# g} grabs from point
28879 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
28880 back to the @cite{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
28881 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
28882 delete given that prefix argument.
28884 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
28885 line.
28887 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
28888 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
28889 @kbd{M-# g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
28890 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u M-# g} on the same region
28891 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
28892 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
28893 vector of one element by plain @kbd{M-# g} because the interpretation
28894 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
28896 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
28897 the grabbed text will be interpreted according to that language.
28899 @kindex M-# r
28900 @pindex calc-grab-rectangle
28901 The @kbd{M-# r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
28902 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
28903 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
28904 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
28905 whose contents are parsed.
28907 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
28908 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
28909 only if every row contains the same number of values.
28911 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
28912 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
28913 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
28914 is ignored.
28916 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
28917 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
28918 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
28919 force this interpretation (even if the line contains bracketed
28920 portions), give a negative numeric prefix argument to the
28921 @kbd{M-# r} command.
28923 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
28924 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
28925 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u M-# r} will be a
28926 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
28927 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{M-# r}} will interpret this as
28928 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
28929 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u M-# r} will interpret this row
28930 as @samp{[2*a]}.
28932 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
28933 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
28934 separately as a matrix element.  If a line contained
28935 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
28936 would correctly split the line into two error forms.@refill
28938 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
28939 constituent rows and columns.  (If it is a @c{$1\times1$}
28940 @asis{1x1} matrix, just hit @kbd{v u}
28941 (@code{calc-unpack}) twice.)
28943 @kindex M-# :
28944 @kindex M-# _
28945 @pindex calc-grab-sum-across
28946 @pindex calc-grab-sum-down
28947 @cindex Summing rows and columns of data
28948 The @kbd{M-# :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
28949 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
28950 typing @kbd{M-# r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
28951 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
28952 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
28953 in the input data.  The @kbd{M-# _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
28954 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
28956 As well as being more convenient, @kbd{M-# :} and @kbd{M-# _} are also
28957 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
28958 the stack.  In a @kbd{M-# r V R : +} sequence, formatting the vector
28959 for display on the stack takes a large fraction of the total time
28960 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
28962 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
28963 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
28964 set the mark; go to the other corner and type @kbd{M-# :}.  Since there
28965 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
28966 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
28967 you want to do further arithmetic with it.)
28969 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
28970 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
28971 Use @kbd{M-# r} to grab the column of numbers into the calculator in
28972 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
28973 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
28974 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
28975 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
28977 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
28978 @section Yanking into Other Buffers
28980 @noindent
28981 @kindex y
28982 @pindex calc-copy-to-buffer
28983 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
28984 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
28985 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
28986 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
28987 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
28988 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
28989 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
28990 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
28992 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
28993 A positive argument inserts the specified number of values from the top
28994 of the stack.  A negative argument inserts the @cite{n}th value from the
28995 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
28996 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
28997 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
28998 latter strips off the trailing newline.
29000 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
29001 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
29002 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
29003 @kbd{M-# g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
29004 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
29005 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
29006 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
29007 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
29008 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
29009 @kbd{M-# g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{M-# r}).@refill
29011 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
29012 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
29013 overwrite the characters following point rather than being inserted
29014 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
29015 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
29016 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
29017 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
29018 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
29019 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
29020 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
29021 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
29022 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
29023 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
29024 to overwriting one complete number with another.
29026 @kindex M-# y
29027 The @kbd{M-# y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
29028 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
29029 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
29031 @node X Cut and Paste, , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
29032 @section X Cut and Paste
29034 @noindent
29035 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
29036 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
29037 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
29039 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
29040 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
29041 select the text between the cursor and the clicked location, and
29042 the middle button to yank the selection into the buffer at the
29043 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
29044 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
29045 to select a number, vector, or formula from one window, then
29046 middle-click to paste that value into the other window.  When you
29047 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
29048 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
29049 new value is always pushed onto the top of the stack.
29051 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
29052 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
29053 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
29054 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
29055 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
29056 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
29057 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
29058 in the Calc window.
29060 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Introduction
29061 @chapter ``Keypad'' Mode
29063 @noindent
29064 @kindex M-# k
29065 @pindex calc-keypad
29066 The @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
29067 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
29068 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
29069 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
29070 The original window remains the selected window; in keypad mode
29071 you can type in your file while simultaneously performing
29072 calculations with the mouse.
29074 @pindex full-calc-keypad
29075 If you have used @kbd{M-# b} first, @kbd{M-# k} instead invokes
29076 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
29077 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
29078 trail all at once.  This mode would normally be used when running
29079 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
29081 If you aren't using the X window system, you must switch into
29082 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
29083 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
29084 is easier than using Calc normally, go right ahead.
29086 Calc commands are more or less the same in keypad mode.  Certain
29087 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
29088 keystrokes; all such deviations are described below.
29090 Keypad Mode includes many more commands than will fit on the keypad
29091 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
29092 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
29093 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
29094 To return to earlier menus, click the middle mouse button
29095 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
29096 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
29097 is equivalent to clicking the right mouse button there.
29099 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
29100 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
29101 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
29102 original buffer.
29104 @menu
29105 * Keypad Main Menu::
29106 * Keypad Functions Menu::
29107 * Keypad Binary Menu::
29108 * Keypad Vectors Menu::
29109 * Keypad Modes Menu::
29110 @end menu
29112 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
29113 @section Main Menu
29115 @smallexample
29116 @group
29117 |----+-----Calc 2.00-----+----1
29118 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
29119 |----+----+----+----+----+----|
29120 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
29121 |----+----+----+----+----+----|
29122 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
29123 |----+----+----+----+----+----|
29124 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
29125 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
29126 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
29127 |-----+-----+-----+-----+-----|
29128 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
29129 |-----+-----+-----+-----+-----|
29130 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
29131 |-----+-----+-----+-----+-----|
29132 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
29133 |-----+-----+-----+-----+-----+
29134 @end group
29135 @end smallexample
29137 @noindent
29138 This is the menu that appears the first time you start Keypad Mode.
29139 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
29140 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
29141 screen you will be able to see the top three stack entries.
29143 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
29144 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
29145 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
29146 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
29147 or any other function key.
29149 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
29150 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
29151 At other times it changes the sign of the number on the top of the
29152 stack.
29154 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
29155 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad Mode
29156 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
29157 below and in the following sections.
29159 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
29160 duplicates the top entry on the stack.
29162 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
29163 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
29164 ``last arguments'' (@kbd{M-@key{RET}}).
29166 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
29167 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
29168 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
29169 the stack, then removes that many additional stack elements.
29171 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
29172 that would normally work in Calc mode.  This can include a
29173 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
29174 switch into the Calc window and type commands in it; there is
29175 nothing ``magic'' about this window when Keypad Mode is active.
29177 The other keys in this display perform their obvious calculator
29178 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
29179 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
29180 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
29182 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
29183 give you access to some common functions even if the appropriate menu
29184 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
29185 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
29187 @table @kbd
29188 @item INV +/-
29189 is the same as @key{1/x}.
29190 @item INV +
29191 is the same as @key{SQRT}.
29192 @item INV -
29193 is the same as @key{CONJ}.
29194 @item INV *
29195 is the same as @key{y^x}.
29196 @item INV /
29197 is the same as @key{INV y^x} (the @cite{x}th root of @cite{y}).
29198 @item HYP/INV 1
29199 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
29200 @item HYP/INV 2
29201 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
29202 @item HYP/INV 3
29203 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
29204 @item INV/HYP 4
29205 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
29206 @item INV/HYP 5
29207 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
29208 @item INV 6
29209 is the same as @key{ABS}.
29210 @item INV 7
29211 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
29212 @item INV 8
29213 is the same as @key{CLN2}.
29214 @item INV 9
29215 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
29216 @item INV 0
29217 is the same as @key{IMAG}.
29218 @item INV .
29219 is the same as @key{PREC}.
29220 @item INV ENTER
29221 is the same as @key{SWAP}.
29222 @item HYP ENTER
29223 is the same as @key{RLL3}.
29224 @item INV HYP ENTER
29225 is the same as @key{OVER}.
29226 @item HYP +/-
29227 packs the top two stack entries as an error form.
29228 @item HYP EEX
29229 packs the top two stack entries as a modulo form.
29230 @item INV EEX
29231 creates an interval form; this removes an integer which is one
29232 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
29233 by the two limits of the interval.
29234 @end table
29236 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{M-# k} or @kbd{M-# M-#}
29237 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
29238 hitting @kbd{M-# c} again in the normal calculator.  If Calc is
29239 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
29240 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
29241 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
29243 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
29244 @section Functions Menu
29246 @smallexample
29247 @group
29248 |----+----+----+----+----+----2
29249 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
29250 |----+----+----+----+----+----|
29251 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
29252 |----+----+----+----+----+----|
29253 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
29254 |----+----+----+----+----+----|
29255 @end group
29256 @end smallexample
29258 @noindent
29259 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
29260 prefix keys.
29262 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
29263 number @cite{i = (0, 1)}.
29265 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
29266 extracts the imaginary part.
29268 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
29269 a random number greater than or equal to zero but less than that
29270 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
29271 again'' command; it computes another random number using the
29272 same limit as last time.
29274 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
29276 @key{INV FACT} is the gamma function.  @c{$\Gamma(x) = (x-1)!$}
29277 @cite{gamma(x) = (x-1)!}.
29279 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
29280 @kbd{H k c} key in normal Calc.
29282 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
29283 finds the previous prime.
29285 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
29286 @section Binary Menu
29288 @smallexample
29289 @group
29290 |----+----+----+----+----+----3
29291 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
29292 |----+----+----+----+----+----|
29293 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
29294 |----+----+----+----+----+----|
29295 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
29296 |----+----+----+----+----+----|
29297 @end group
29298 @end smallexample
29300 @noindent
29301 The keys in this menu perform operations on binary integers.
29302 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
29303 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
29305 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
29306 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
29308 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
29309 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
29310 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
29311 for entering hexadecimal numbers.
29313 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
29314 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
29315 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
29316 The initial word size is 32 bits.
29318 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
29319 @section Vectors Menu
29321 @smallexample
29322 @group
29323 |----+----+----+----+----+----4
29324 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
29325 |----+----+----+----+----+----|
29326 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
29327 |----+----+----+----+----+----|
29328 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
29329 |----+----+----+----+----+----|
29330 @end group
29331 @end smallexample
29333 @noindent
29334 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
29336 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
29337 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
29338 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
29339 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
29340 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
29341 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
29342 rows into a matrix.
29344 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
29345 components separately.
29347 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
29348 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
29349 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
29350 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
29351 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
29353 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
29354 identity matrix.
29356 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
29358 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
29360 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
29361 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
29363 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
29364 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
29365 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
29366 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
29368 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
29369 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
29370 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
29372 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
29373 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
29374 @key{HYP MAX} computes the median.
29376 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
29377 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
29378 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
29379 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
29380 all the elements of a vector.
29382 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
29383 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
29384 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
29385 second-to-top position and matches them to the variables in
29386 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
29387 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
29388 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
29389 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
29390 the formula @samp{x^y}.
29392 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @cite{x} onto the
29393 stack.  To build the formula @cite{x^2 + 6}, you would use the
29394 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
29395 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
29396 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
29397 @kbd{"x"} key pushes the variable names @cite{y}, @cite{z}, and
29398 @cite{t}, respectively.
29400 @node Keypad Modes Menu, , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
29401 @section Modes Menu
29403 @smallexample
29404 @group
29405 |----+----+----+----+----+----5
29406 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
29407 |----+----+----+----+----+----|
29408 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
29409 |----+----+----+----+----+----|
29410 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
29411 |----+----+----+----+----+----|
29412 @end group
29413 @end smallexample
29415 @noindent
29416 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
29418 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
29419 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
29420 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
29421 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
29422 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
29424 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
29425 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
29426 well as to the left.
29428 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
29429 for trigonometric functions.
29431 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
29432 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
29433 fractional or floating-point results.
29435 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
29436 polar or rectangular complex numbers are used by default.
29438 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
29439 operations that would produce inexact floating-point results
29440 are left unevaluated as algebraic formulas.
29442 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
29443 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
29445 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
29446 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
29447 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
29448 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
29450 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
29451 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
29452 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
29453 variables are not available in Keypad Mode.)  You can also use,
29454 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
29456 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
29457 @chapter Embedded Mode
29459 @noindent
29460 Embedded Mode in Calc provides an alternative to copying numbers
29461 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
29462 stack.  In Embedded Mode, your editing buffer becomes temporarily
29463 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
29465 @menu
29466 * Basic Embedded Mode::
29467 * More About Embedded Mode::
29468 * Assignments in Embedded Mode::
29469 * Mode Settings in Embedded Mode::
29470 * Customizing Embedded Mode::
29471 @end menu
29473 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
29474 @section Basic Embedded Mode
29476 @noindent
29477 @kindex M-# e
29478 @pindex calc-embedded
29479 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
29480 formula in any buffer and press @kbd{M-# e} (@code{calc-embedded}).
29481 Note that @kbd{M-# e} is not to be used in the Calc stack buffer
29482 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
29483 are visiting your own files.
29485 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
29486 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
29487 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded Mode
29488 understands are:
29490 @enumerate
29491 @item
29492 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
29493 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
29494 @item
29495 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end};
29496 @item
29497 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
29498 @item
29499 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
29500 @item
29501 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
29502 @end enumerate
29504 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
29505 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
29506 on their own separate lines or in-line with the formula.
29508 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
29509 instead uses the current point as one end of the formula, and moves
29510 forward or backward (respectively) by that many lines to find the
29511 other end.  Explicit delimiters are not necessary in this case.
29513 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region
29514 (delimited by point and mark) instead of formula delimiters.
29516 @kindex M-# w
29517 @pindex calc-embedded-word
29518 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, Calc scans for the first
29519 non-numeric character (i.e., the first character that is not a
29520 digit, sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e})
29521 forward and backward to delimit the formula.  @kbd{M-# w}
29522 (@code{calc-embedded-word}) is equivalent to @kbd{C-u M-# e}.
29524 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
29525 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
29526 It's best if the current Calc language mode is correct for the
29527 formula, but Calc can generally identify @TeX{} formulas and
29528 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
29529 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
29530 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
29531 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
29532 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
29533 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
29534 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
29535 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
29537 If you press @kbd{M-# e} or @kbd{M-# w} to activate an embedded
29538 formula which is blank, say with the cursor on the space between
29539 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
29540 an algebraic entry.
29542 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
29543 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
29544 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
29545 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
29546 not affected by Embedded mode.
29548 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
29549 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
29550 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
29551 You can create a Calc window by hand with @kbd{M-# o} if you
29552 find you need to see the entire stack.
29554 For example, typing @kbd{M-# e} while somewhere in the formula
29555 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
29556 inequality:
29558 @example
29559 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
29560 @end example
29562 @noindent
29563 The formula @cite{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
29564 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
29565 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
29566 to match Calc's usual display style:
29568 @example
29569 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
29570 @end example
29572 @noindent
29573 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
29574 in a different formula, one which we have not yet touched with
29575 Embedded mode.
29577 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
29578 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
29579 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
29580 This is a selection-based command for which we first need to
29581 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
29582 needs to be commuted.
29584 @example
29585 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
29586 @end example
29588 The @kbd{M-# o} command is a useful way to open a Calc window
29589 without actually selecting that window.  Giving this command
29590 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
29591 @kbd{17 @key{RET}} would produce:
29593 @example
29594 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
29595 @end example
29597 @noindent
29598 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
29599 at this point will exchange the two stack values and restore
29600 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
29601 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
29602 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
29603 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
29604 stack at any given time (unless you use @kbd{M-# o}).
29606 Typing @kbd{M-# e} again turns Embedded mode off.  The Calc
29607 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
29608 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
29609 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
29610 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
29611 that happens on the stack is entirely your business as far as
29612 Embedded mode is concerned.
29614 If you press @kbd{M-# e} in the wrong place by accident, it is
29615 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
29616 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
29617 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
29618 press @kbd{M-# e} again to exit Embedded mode, then give the
29619 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
29620 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
29621 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
29622 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
29623 you haven't done anything with this formula yet.
29625 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
29626 @section More About Embedded Mode
29628 @noindent
29629 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
29630 the formula for the first time since the buffer was created or
29631 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
29632 written.  If the formula contains any @TeX{}-like @samp{\} sequences,
29633 it is parsed (i.e., read) in @TeX{} mode.  If the formula appears to
29634 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
29635 it is parsed according to the current language mode.
29637 Note that Calc does not change the current language mode according
29638 to what it finds.  Even though it can read a @TeX{} formula when
29639 not in @TeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
29640 whatever language mode is in effect.  You must then type @kbd{d T}
29641 to switch Calc permanently into @TeX{} mode if that is what you
29642 desire.
29644 @tex
29645 \bigskip
29646 @end tex
29648 @kindex d p
29649 @pindex calc-show-plain
29650 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
29651 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
29652 specify matrix display styles which the parser is unable to
29653 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
29654 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
29655 formula is placed in front of the fully-formatted version.
29656 When Calc reads a formula that has such a plain version in
29657 front, it reads the plain version and ignores the formatted
29658 version.
29660 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
29661 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
29662 character begins a comment in @TeX{}, so if your formula is
29663 embedded in a @TeX{} document its plain version will be
29664 invisible in the final printed copy.  @xref{Customizing
29665 Embedded Mode}, to see how to change the ``plain'' formula
29666 delimiters, say to something that @dfn{eqn} or some other
29667 formatter will treat as a comment.
29669 There are several notations which Calc's parser for ``big''
29670 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
29671 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
29672 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
29673 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
29674 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
29675 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
29676 Calc will be able to read your formula later.
29678 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
29679 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
29680 any digits that are computed but not displayed will simply be
29681 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
29682 mode allows you to make sure that the complete number is present
29683 in the file as well as the rounded-down number.
29685 @tex
29686 \bigskip
29687 @end tex
29689 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
29690 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
29691 which is @c{$\pi$}
29692 @cite{pi} to the normal 12 decimal places, and then
29693 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
29694 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
29695 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
29696 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
29697 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
29698 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
29699 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
29700 all non-displayed digits will have been lost unless you used
29701 ``plain'' mode.
29703 @tex
29704 \bigskip
29705 @end tex
29707 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
29708 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
29709 work on it.  For example, you might want to have a sequence
29710 like this in your file (elaborating here on the example from
29711 the ``Getting Started'' chapter):
29713 @smallexample
29714 The derivative of
29716                               ln(ln(x))
29720                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
29722 whose value at x = 2 is
29724                             @r{(the value)}
29726 and at x = 3 is
29728                             @r{(the value)}
29729 @end smallexample
29731 @kindex M-# d
29732 @pindex calc-embedded-duplicate
29733 The @kbd{M-# d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
29734 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{M-# d},
29735 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
29736 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
29737 Embedded mode is then enabled for that copy.
29739 For this example, you would start with just
29741 @smallexample
29742 The derivative of
29744                               ln(ln(x))
29745 @end smallexample
29747 @noindent
29748 and press @kbd{M-# d} with the cursor on this formula.  The result
29751 @smallexample
29752 The derivative of
29754                               ln(ln(x))
29757                               ln(ln(x))
29758 @end smallexample
29760 @noindent
29761 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
29762 You can now press @kbd{a d x @key{RET}} to take the derivative, and
29763 @kbd{M-# d M-# d} to make two more copies of the derivative.
29764 To complete the computations, type @kbd{3 s l x @key{RET}} to evaluate
29765 the last formula, then move up to the second-to-last formula
29766 and type @kbd{2 s l x @key{RET}}.
29768 Finally, you would want to press @kbd{M-# e} to exit Embedded
29769 mode, then go up and insert the necessary text in between the
29770 various formulas and numbers.
29772 @tex
29773 \bigskip
29774 @end tex
29776 @kindex M-# f
29777 @kindex M-# '
29778 @pindex calc-embedded-new-formula
29779 The @kbd{M-# f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
29780 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
29781 some default delimiters, which are usually just blank lines,
29782 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
29783 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
29784 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
29785 the new delimiters, and pressing @kbd{M-# e}.  The key sequence
29786 @kbd{M-# '} is equivalent to @kbd{M-# f}.
29788 @kindex M-# n
29789 @kindex M-# p
29790 @pindex calc-embedded-next
29791 @pindex calc-embedded-previous
29792 The @kbd{M-# n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{M-# p}
29793 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
29794 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
29795 can take positive or negative prefix arguments to move by several
29796 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
29797 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
29798 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
29799 @kbd{M-# n} and @kbd{M-# p} are a useful way to tell which
29800 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
29801 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
29802 formula, they just move the cursor.  (By the way, @kbd{M-# n} is
29803 not as awkward to type as it may seem, because @kbd{M-#} ignores
29804 Shift and Meta on the second keystroke:  @kbd{M-# M-N} can be typed
29805 by holding down Shift and Meta and alternately typing two keys.)
29807 @kindex M-# `
29808 @pindex calc-embedded-edit
29809 The @kbd{M-# `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
29810 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
29811 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
29812 @kbd{M-# M-#} to finish the edit, or @kbd{M-# x} to cancel.
29814 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
29815 @section Assignments in Embedded Mode
29817 @noindent
29818 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
29819 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
29820 a definition in one formula, then refer to that definition in
29821 other formulas embedded in the same buffer.
29823 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
29825 @example
29826 foo := 5
29827 @end example
29829 @noindent
29830 records @cite{5} as the stored value of @code{foo} for the
29831 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
29832 does @emph{not} actually store @cite{5} as the ``global'' value
29833 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
29834 formulas in other buffers, will not see this assignment.
29836 One way to use this assigned value is simply to create an
29837 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
29838 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
29839 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
29840 is to use @samp{=>} elsewhere:
29842 @example
29843 foo + 7 => 12
29844 @end example
29846 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
29848 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
29849 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
29851 @example
29852 foo := 17
29854 foo + 7 => 24
29855 @end example
29857 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
29858 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
29859 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
29860 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
29861 variable @code{foo} becomes unassigned:
29863 @example
29866 foo + 7 => foo + 7
29867 @end example
29869 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
29870 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
29871 Then, @kbd{17 @key{TAB} @key{DEL}} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
29872 Subformulas}, to see how this works).
29874 @kindex M-# j
29875 @pindex calc-embedded-select
29876 The @kbd{M-# j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
29877 easy way to operate on assigments.  It is just like @kbd{M-# e},
29878 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
29879 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
29880 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
29881 A formula can also be a combination of both:
29883 @example
29884 bar := foo + 3 => 20
29885 @end example
29887 @noindent
29888 in which case @kbd{M-# j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
29890 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
29891 mode.
29893 @kindex M-# u
29894 @kindex M-# =
29895 @pindex calc-embedded-update
29896 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
29897 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
29898 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
29899 the change.  The @kbd{M-# u} or @kbd{M-# =}
29900 (@code{calc-embedded-update-formula}) command is a convenient way
29901 to do this.@refill
29903 @example
29904 foo := 6
29906 foo + 7 => 13
29907 @end example
29909 Pressing @kbd{M-# u} is much like pressing @kbd{M-# e = M-# e}, that
29910 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
29911 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{M-# u} does
29912 not actually use @kbd{M-# e}, and in fact another formula somewhere
29913 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{M-# u} and
29914 that formula will not be disturbed.
29916 With a numeric prefix argument, @kbd{M-# u} updates all active
29917 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
29918 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
29919 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
29920 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
29922 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u M-# u} updates only in the
29923 region between mark and point rather than in the whole buffer.
29925 @kbd{M-# u} is also a handy way to activate a formula, such as an
29926 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
29927 file.
29929 @kindex M-# a
29930 @pindex calc-embedded-activate
29931 The @kbd{M-# a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
29932 through the current buffer and activates all embedded formulas
29933 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
29934 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
29935 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
29936 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
29937 changed.
29939 It is a good idea to type @kbd{M-# a} right after loading a file
29940 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
29941 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
29942 automatically.  The idea is to place near the end of your file
29943 a few lines that look like this:
29945 @example
29946 --- Local Variables: ---
29947 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
29948 --- End: ---
29949 @end example
29951 @noindent
29952 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
29953 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
29954 or omitted altogether; in a @TeX{} file, @samp{%} would be a good
29955 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
29956 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
29957 trailing strings.
29959 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
29960 section like this one at the end of the file.  If it finds this
29961 section, it does the specified things (in this case, running
29962 @kbd{M-# a} automatically) before editing of the file begins.
29963 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
29964 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
29965 page of the file if the file has any page separators.
29966 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
29967 Emacs manual}.
29969 Note that @kbd{M-# a} does not update the formulas it finds.
29970 To do this, type, say, @kbd{M-1 M-# u} after @w{@kbd{M-# a}}.
29971 Generally this should not be a problem, though, because the
29972 formulas will have been up-to-date already when the file was
29973 saved.
29975 Normally, @kbd{M-# a} activates all the formulas it finds, but
29976 any previous active formulas remain active as well.  With a
29977 positive numeric prefix argument, @kbd{M-# a} first deactivates
29978 all current active formulas, then actives the ones it finds in
29979 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
29980 @kbd{M-# a} simply deactivates all formulas.
29982 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
29983 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
29984 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
29985 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{M-# a}
29986 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
29987 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
29988 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
29989 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
29990 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
29991 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
29992 a few formulas one at a time but never use @kbd{M-# a}, or if you
29993 used @kbd{M-# a} but then Calc had to deactivate a formula
29994 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
29995 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
29996 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- M-# a}).
29998 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
29999 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
30000 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
30001 following assignment is used.
30003 @example
30004 x => 1
30006 x := 1
30008 x => 1
30010 x := 2
30012 x => 2
30013 @end example
30015 As well as simple variables, you can also assign to subscript
30016 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
30017 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
30018 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
30019 but the automatic linkage between assignments and references works
30020 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
30022 If there are no assignments to a given variable, the global
30023 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
30024 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
30025 Note that global stored values will be lost when the file is saved
30026 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
30027 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
30028 @pxref{Operations on Variables}.
30030 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
30031 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
30032 recomputation off, you will have to use @kbd{M-# u} to update these
30033 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
30034 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
30035 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 M-# u}
30036 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
30037 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
30038 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
30039 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
30040 use @kbd{M-# u} to update the buffer by hand.
30042 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
30043 @section Mode Settings in Embedded Mode
30045 @noindent
30046 Embedded Mode has a rather complicated mechanism for handling mode
30047 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
30048 in the file that specify mode settings either global to the entire
30049 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
30050 case, different modes can be specified for use when a formula
30051 is the enabled Embedded Mode formula.
30053 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for fraction
30054 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded Mode adds
30055 a line like the following one to the file just before the opening
30056 delimiter of the formula.
30058 @example
30059 % [calc-mode: fractions: t]
30060 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30061 @end example
30063 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
30064 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
30065 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
30066 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
30067 the file, or up to a line of the form
30069 @example
30070 % [calc-defaults]
30071 @end example
30073 @noindent
30074 which you can insert at strategic places in the file if this backward
30075 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
30076 ``zone'' of mode settings and another.
30078 If the file contains several annotations for the same mode, the
30079 closest one before the formula is used.  Annotations after the
30080 formula are never used (except for global annotations, described
30081 below).
30083 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
30084 square brackets and the text they enclose.  You can edit the mode
30085 annotations to a style that works better in context if you wish.
30086 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
30087 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
30088 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
30089 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
30090 Calc write the annotation for it once and see what it does.
30092 If you give a mode-changing command for a mode that already has
30093 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
30094 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
30095 one.
30097 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
30098 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
30099 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
30100 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
30101 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
30102 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
30103 sure the value is of a legal type or range; if you write an
30104 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
30105 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
30107 While Embedded Mode is enabled, the word @code{Local} appears in
30108 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
30109 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
30110 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
30111 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
30112 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
30114 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
30115 that look like this, respectively:
30117 @example
30118 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
30119 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
30120 @end example
30122 The first kind of annotation will be used only while a formula
30123 is enabled in Embedded Mode.  The second kind will be used only
30124 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
30125 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
30126 yet, is not relevant here.)
30128 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
30129 of the file:
30131 @example
30132 % [calc-global-mode: fractions t]
30133 @end example
30135 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
30136 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
30137 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
30138 the file, as long as those mode settings are suitable for all
30139 formulas in the file.
30141 Enabling a formula with @kbd{M-# e} causes a fresh scan for local
30142 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
30143 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
30144 a formula with @kbd{M-# u} will also re-scan the local modes, but
30145 global modes are only re-scanned by @kbd{M-# a}.
30147 Another way that modes can get out of date is if you add a local
30148 mode annotation to a formula that has another formula after it.
30149 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
30150 first of the two embedded formulas is active.  But the second
30151 formula has not changed its style to match, even though by the
30152 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
30154 @example
30155 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30156 1.23e2
30158 456.
30159 @end example
30161 We would have to go down to the other formula and press @kbd{M-# u}
30162 on it in order to get it to notice the new annotation.
30164 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are @code{Save}
30165 (which works even outside of Embedded Mode), in which mode settings
30166 are recorded permanently in your Emacs startup file @file{~/.emacs}
30167 rather than by annotating the current document, and no-recording
30168 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
30169 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
30170 annotations at all.
30172 When Embedded Mode is not enabled, mode-recording modes except
30173 for @code{Save} have no effect.
30175 @node Customizing Embedded Mode, , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
30176 @section Customizing Embedded Mode
30178 @noindent
30179 You can modify Embedded Mode's behavior by setting various Lisp
30180 variables described here.  Use @kbd{M-x set-variable} or
30181 @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly, or
30182 put a suitable @code{setq} statement in your @file{~/.emacs}
30183 file to set a variable permanently.  (Another possibility would
30184 be to use a file-local variable annotation at the end of the
30185 file; @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30186 Emacs manual}.)
30188 While none of these variables will be buffer-local by default, you
30189 can make any of them local to any embedded-mode buffer.  (Their
30190 values in the @samp{*Calculator*} buffer are never used.)
30192 @vindex calc-embedded-open-formula
30193 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
30194 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
30195 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
30196 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
30197 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
30198 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
30199 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
30200 regular expression is not completely plain, let's go through it
30201 in detail.
30203 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
30204 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
30205 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
30206 Lisp program.
30208 The most obvious property of this regular expression is that it
30209 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
30210 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
30211 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
30212 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
30213 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
30214 So the actual regular expression seen by Calc is
30215 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
30217 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
30218 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
30219 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
30220 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
30221 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
30222 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
30224 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
30225 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
30226 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
30227 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
30228 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
30229 one or two dollar signs.
30231 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
30232 like this example, with several more alternatives added on to
30233 recognize various other common kinds of delimiters.
30235 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
30236 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
30237 is that the former expression actually ``consumes'' only one
30238 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
30239 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
30240 The former choice gives the most natural behavior when Calc
30241 must operate on a whole formula including its delimiters.
30243 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
30244 But just for your convenience, here is a list of all characters
30245 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
30246 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
30247 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
30248 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
30249 account for each of these six backslashes!)
30251 @vindex calc-embedded-close-formula
30252 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
30253 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
30254 regular expression to match the above example would be
30255 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
30256 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
30257 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
30258 of describing a blank line that is more appropriate for this
30259 case).
30261 @vindex calc-embedded-open-word
30262 @vindex calc-embedded-close-word
30263 The @code{calc-embedded-open-word} and @code{calc-embedded-close-word}
30264 variables are similar expressions used when you type @kbd{M-# w}
30265 instead of @kbd{M-# e} to enable Embedded mode.
30267 @vindex calc-embedded-open-plain
30268 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
30269 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
30270 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
30271 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
30272 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
30273 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space).
30275 @vindex calc-embedded-close-plain
30276 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
30277 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}.  Without
30278 the trailing newline here, the first line of a ``big'' mode formula
30279 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
30281 @vindex calc-embedded-open-new-formula
30282 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
30283 which is inserted at the front of a new formula when you type
30284 @kbd{M-# f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
30285 string begins with a newline character and the @kbd{M-# f} is
30286 typed at the beginning of a line, @kbd{M-# f} will skip this
30287 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
30288 the file.
30290 @vindex calc-embedded-close-new-formula
30291 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
30292 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
30293 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
30294 @w{@kbd{M-# f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
30295 @kbd{M-# f} is typed on a blank line, both a leading opening
30296 newline and a trailing closing newline are omitted.)
30298 @vindex calc-embedded-announce-formula
30299 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
30300 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
30301 The @kbd{M-# a} command searches for this pattern as well as for
30302 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{M-# a} will
30303 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
30304 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
30305 But if your language includes a delimiter which can only occur
30306 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
30307 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which
30308 checks for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning
30309 with @samp{%} and a space.  This last is important to make Calc
30310 consider mode annotations part of the pattern, so that the formula's
30311 opening delimiter really is sure to follow the pattern.
30313 @vindex calc-embedded-open-mode
30314 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
30315 regular expression) which should precede a mode annotation.
30316 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
30317 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
30318 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
30319 The default is @code{"% "}.
30321 @vindex calc-embedded-close-mode
30322 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
30323 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
30324 is simply a newline, @code{"\n"}.  If you change this, it is a
30325 good idea still to end with a newline so that mode annotations
30326 will appear on lines by themselves.
30328 @node Programming, Installation, Embedded Mode, Top
30329 @chapter Programming
30331 @noindent
30332 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
30333 on the nature of the problem you need to solve.
30335 @enumerate
30336 @item
30337 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
30338 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
30339 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
30340 as loops and conditionals.
30342 @item
30343 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
30344 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
30345 as an interactive command.
30347 @item
30348 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
30349 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
30350 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
30351 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
30352 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
30354 @item
30355 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
30356 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
30357 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
30358 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
30359 rewrite rules.
30360 @end enumerate
30362 @kindex z
30363 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
30364 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
30365 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
30366 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
30367 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
30368 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
30369 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
30371 @menu
30372 * Creating User Keys::
30373 * Keyboard Macros::
30374 * Invocation Macros::
30375 * Algebraic Definitions::
30376 * Lisp Definitions::
30377 @end menu
30379 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
30380 @section Creating User Keys
30382 @noindent
30383 @kindex Z D
30384 @pindex calc-user-define
30385 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
30386 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
30387 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
30389 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
30390 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
30391 prompted for the name of the Calculator command that this key should
30392 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
30393 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
30394 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
30395 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
30396 @kbd{z s} to be something else.
30398 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
30399 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
30401 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
30402 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
30403 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
30405 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
30406 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
30407 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
30408 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
30409 of a letter if you wish.
30411 @kindex Z U
30412 @pindex calc-user-undefine
30413 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
30414 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
30415 key we defined above.
30417 @kindex Z P
30418 @pindex calc-user-define-permanent
30419 @cindex Storing user definitions
30420 @cindex Permanent user definitions
30421 @cindex @file{.emacs} file, user-defined commands
30422 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
30423 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
30424 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
30425 your @file{.emacs} file.)  For example, @kbd{Z P s} would register
30426 our @code{sincos} command permanently.  If you later wish to unregister
30427 this command you must edit your @file{.emacs} file by hand.
30428 (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to use a
30429 different file instead of @file{.emacs}.)
30431 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
30432 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
30433 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
30434 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
30435 command will save all of these definitions.
30437 To save a command or function without its key binding (or if there is
30438 no key binding for the command or function), type @kbd{'} (the apostrophe)
30439 when prompted for a key.  Then, type the function name, or backspace
30440 to change the @samp{calcFunc-} prefix to @samp{calc-} and enter a
30441 command name.  (If the command you give implies a function, the function
30442 will be saved, and if the function has any display formats, those will
30443 be saved, but not the other way around:  Saving a function will not save
30444 any commands or key bindings associated with the function.)
30446 @kindex Z E
30447 @pindex calc-user-define-edit
30448 @cindex Editing user definitions
30449 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
30450 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
30451 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
30452 following sections.
30454 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
30455 @section Programming with Keyboard Macros
30457 @noindent
30458 @kindex X
30459 @cindex Programming with keyboard macros
30460 @cindex Keyboard macros
30461 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
30462 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
30463 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
30464 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
30465 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
30466 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
30467 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
30468 information.@refill
30470 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
30471 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
30472 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
30473 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
30474 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
30475 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
30476 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
30477 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
30478 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
30479 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
30480 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
30481 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
30482 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
30484 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
30485 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
30486 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
30487 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
30489 @menu
30490 * Naming Keyboard Macros::
30491 * Conditionals in Macros::
30492 * Loops in Macros::
30493 * Local Values in Macros::
30494 * Queries in Macros::
30495 @end menu
30497 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
30498 @subsection Naming Keyboard Macros
30500 @noindent
30501 @kindex Z K
30502 @pindex calc-user-define-kbd-macro
30503 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
30504 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
30505 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
30506 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
30507 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
30508 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
30509 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
30510 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
30511 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
30512 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
30513 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
30514 descriptive command name if you wish.@refill
30516 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
30517 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
30518 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
30519 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
30521 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
30522 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
30524 @cindex Keyboard macros, editing
30525 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
30526 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edit-kbd-macro}
30527 command to edit the macro.  This command may be found in the
30528 @file{macedit} package, a copy of which comes with Calc.  It decomposes
30529 the macro definition into full Emacs command names, like @code{calc-pop}
30530 and @code{calc-add}.  Type @kbd{M-# M-#} to finish editing and update
30531 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, type
30532 @kbd{M-# x}.@refill
30534 If you give a negative numeric prefix argument to @kbd{Z E}, the keyboard
30535 macro is edited in spelled-out keystroke form.  For example, the editing
30536 buffer might contain the nine characters @w{@samp{1 @key{RET} 2 +}}.  When you press
30537 @kbd{M-# M-#}, the @code{read-kbd-macro} feature of the @file{macedit}
30538 package is used to reinterpret these key names.  The
30539 notations @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL}, and
30540 @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-}
30541 and @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
30542 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
30543 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
30544 takes some liberties with spaces:  When we say @kbd{' [1 2 3] @key{RET}}, we take
30545 it for granted that it is clear we really mean @kbd{' [1 @key{SPC} 2 @key{SPC} 3] @key{RET}},
30546 which is what @code{read-kbd-macro} wants to see.@refill
30548 If @file{macedit} is not available, @kbd{Z E} edits the keyboard macro
30549 in ``raw'' form; the editing buffer simply contains characters like
30550 @samp{1^M2+} (here @samp{^M} represents the carriage-return character).
30551 Editing in this mode, you will have to use @kbd{C-q} to enter new
30552 control characters into the buffer.@refill
30554 @kindex M-# m
30555 @pindex read-kbd-macro
30556 The @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
30557 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
30558 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
30559 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
30560 The @kbd{M-# m} command works only if @file{macedit} is present.
30562 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
30563 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
30565 @noindent
30566 @kindex Z [
30567 @kindex Z ]
30568 @pindex calc-kbd-if
30569 @pindex calc-kbd-else
30570 @pindex calc-kbd-else-if
30571 @pindex calc-kbd-end-if
30572 @cindex Conditional structures
30573 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
30574 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
30575 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
30576 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
30577 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
30578 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
30579 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
30581 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
30582 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
30583 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
30584 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
30585 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
30586 command is skipped.
30588 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
30589 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
30590 executed while you are making the definition as well as when you later
30591 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
30592 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
30593 don't get a stack-underflow error during the definition process.
30595 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
30596 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
30598 @kindex Z :
30599 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
30600 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
30601 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
30602 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
30603 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
30604 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
30605 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
30607 @kindex Z |
30608 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
30609 between any number of alternatives.  For example,
30610 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
30611 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
30612 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
30613 it will execute @var{part3}.
30615 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
30616 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
30617 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
30618 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
30619 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
30620 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
30621 does not.
30623 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
30624 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
30625 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
30626 constructs you must be careful that these character pairs do not
30627 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
30628 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
30629 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
30630 not work to define your own custom key bindings for these commands.
30631 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
30633 @kindex Z C-g
30634 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
30635 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
30636 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
30638 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
30639 @subsection Loops in Keyboard Macros
30641 @noindent
30642 @kindex Z <
30643 @kindex Z >
30644 @pindex calc-kbd-repeat
30645 @pindex calc-kbd-end-repeat
30646 @cindex Looping structures
30647 @cindex Iterative structures
30648 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
30649 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
30650 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
30651 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
30652 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
30653 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
30654 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
30655 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
30656 repeat a multiply-by-two step however many times.@refill
30658 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
30659 In this case it is especially important to set up reasonable initial
30660 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
30661 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
30662 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
30663 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
30664 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
30665 in a buffer, then use @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
30666 macro.
30668 @kindex Z /
30669 @pindex calc-break
30670 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
30671 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
30672 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
30673 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
30674 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
30675 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
30676 in the C language.@refill
30678 @kindex Z (
30679 @kindex Z )
30680 @pindex calc-kbd-for
30681 @pindex calc-kbd-end-for
30682 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
30683 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
30684 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
30685 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
30686 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
30687 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
30688 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
30689 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
30690 counter each time until the loop finishes.@refill
30692 @cindex Summations (by keyboard macros)
30693 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
30694 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
30695 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
30696 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
30697 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
30698 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
30700 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
30701 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
30702 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
30703 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
30704 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
30705 argument of @i{-1} forces downward-counting conventions.
30707 @kindex Z @{
30708 @kindex Z @}
30709 @pindex calc-kbd-loop
30710 @pindex calc-kbd-end-loop
30711 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
30712 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
30713 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
30714 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
30715 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
30716 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
30717 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
30718 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
30719 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
30720 this feature.)
30722 The conditional and looping constructs are not actually tied to
30723 keyboard macros, but they are most often used in that context.
30724 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
30725 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
30726 as easily as in a macro definition.
30728 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
30729 conditional and looping commands.
30731 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
30732 @subsection Local Values in Macros
30734 @noindent
30735 @cindex Local variables
30736 @cindex Restoring saved modes
30737 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
30738 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
30739 macro may wish to turn on Fraction Mode, or set a particular
30740 precision, independent of the user's normal setting for those
30741 modes.
30743 @kindex Z `
30744 @kindex Z '
30745 @pindex calc-kbd-push
30746 @pindex calc-kbd-pop
30747 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
30748 local variables inside the macro should not affect any variables
30749 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
30750 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
30752 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
30753 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
30754 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
30755 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
30756 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
30758 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
30759 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
30760 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
30761 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
30762 in exceptional conditions.
30764 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
30765 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
30766 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
30767 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
30768 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
30769 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
30770 macros were involved.
30772 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
30773 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
30774 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
30775 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
30776 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
30777 thereof) are also saved.
30779 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
30780 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
30781 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
30782 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
30783 for all mode-setting commands inside the macro.
30785 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
30786 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
30787 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
30788 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets algebraic mode
30789 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
30790 outside the construct.
30792 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
30793 other settings such as the language mode and the various display modes,
30794 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
30796 @node Queries in Macros, , Local Values in Macros, Keyboard Macros
30797 @subsection Queries in Keyboard Macros
30799 @noindent
30800 @kindex Z =
30801 @pindex calc-kbd-report
30802 The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
30803 message including the value on the top of the stack.  You are prompted
30804 to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
30805 is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
30806 to turn such messages off.
30808 @kindex Z #
30809 @pindex calc-kbd-query
30810 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command displays a prompt message
30811 (which you enter during macro definition), then does an algebraic entry
30812 which takes its input from the keyboard, even during macro execution.
30813 This command allows your keyboard macros to accept numbers or formulas
30814 as interactive input.  All the normal conventions of algebraic input,
30815 including the use of @kbd{$} characters, are supported.
30817 @xref{Kbd Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
30818 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
30819 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
30820 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
30821 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
30822 return control to the keyboard macro.
30824 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
30825 @section Invocation Macros
30827 @kindex M-# z
30828 @kindex Z I
30829 @pindex calc-user-invocation
30830 @pindex calc-user-define-invocation
30831 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{M-# z}
30832 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
30833 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
30834 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
30835 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
30836 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
30837 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
30838 @kbd{M-# z} at any time to execute your invocation macro.
30840 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
30841 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
30842 by typing @kbd{M-# r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
30843 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( M-# r
30844 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
30845 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{M-# z}.
30847 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
30848 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
30849 do not apply.  @kbd{M-# z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
30850 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
30851 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
30853 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
30854 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
30855 @xref{General Mode Commands}.
30857 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
30858 @section Programming with Formulas
30860 @noindent
30861 @kindex Z F
30862 @pindex calc-user-define-formula
30863 @cindex Programming with algebraic formulas
30864 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
30865 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
30866 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
30867 command prompts for five things: The key, the command name, the function
30868 name, the argument list, and the behavior of the command when given
30869 non-numeric arguments.
30871 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
30872 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
30873 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
30874 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
30875 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
30876 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
30877 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
30879 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
30880 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
30881 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
30882 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
30884 The third prompt is for a function name.  The default is to use the same
30885 name as the command name but with @samp{calcFunc-} in place of
30886 @samp{calc-}.  This is the name you will use if you want to enter your
30887 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
30888 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
30889 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
30890 formula @samp{yow(x,y)}.@refill
30892 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
30893 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
30894 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
30895 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
30896 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
30897 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
30898 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
30899 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
30900 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
30901 @cite{a + 2 b} with @cite{a=10} and @cite{b=100}.  Likewise, the formula
30902 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @cite{a=10} and
30903 @cite{b=100} in the definition.
30905 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
30906 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
30907 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
30908 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
30909 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
30910 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
30911 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
30913 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
30914 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
30915 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
30916 using the argument list @samp{(a b)}.
30918 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
30919 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
30920 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
30921 arguments @cite{10} and @cite{x} will leave the function in symbolic
30922 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
30923 then the formula will always be expanded, even for non-constant
30924 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
30925 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
30926 question.@refill
30928 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
30929 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
30930 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
30931 derivative or integral or solve an equation involving the function.
30933 @kindex Z G
30934 @pindex calc-get-user-defn
30935 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
30936 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
30937 key, and this command pushes the formula that was used to define that
30938 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
30939 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
30940 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
30941 by a @kbd{Z F} command.@refill
30943 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
30944 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
30945 to edit the defining formula.  Press @kbd{M-# M-#} to finish editing and
30946 store the new formula back in the definition, or @kbd{M-# x} to
30947 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
30948 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
30949 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
30950 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
30952 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
30953 In this case it will permanently record all three of the relevant
30954 definitions: the key, the command, and the function.
30956 You may find it useful to turn off the default simplifications with
30957 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
30958 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
30959 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
30960 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
30961 @cite{a} to be constant with respect to @cite{v}.  Turning off
30962 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
30963 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
30964 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
30966 @node Lisp Definitions, , Algebraic Definitions, Programming
30967 @section Programming with Lisp
30969 @noindent
30970 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
30971 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
30972 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
30973 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
30974 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
30975 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
30976 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
30977 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
30978 will not edit a Lisp-based definition.
30980 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
30981 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
30982 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
30983 to program the Calculator.
30985 This section first discusses ways to write commands, functions, or
30986 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
30987 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
30988 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
30989 for the true Lisp enthusiast.
30991 @menu
30992 * Defining Functions::
30993 * Defining Simple Commands::
30994 * Defining Stack Commands::
30995 * Argument Qualifiers::
30996 * Example Definitions::
30998 * Calling Calc from Your Programs::
30999 * Internals::
31000 @end menu
31002 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
31003 @subsection Defining New Functions
31005 @noindent
31006 @findex defmath
31007 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
31008 except that code in the body of the definition can make use of the full
31009 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
31010 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
31011 example,
31013 @example
31014 (defmath myfact (n)
31015   (if (> n 0)
31016       (* n (myfact (1- n)))
31017     1))
31018 @end example
31020 @noindent
31021 This actually expands to the code,
31023 @example
31024 (defun calcFunc-myfact (n)
31025   (if (math-posp n)
31026       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31027     1))
31028 @end example
31030 @noindent
31031 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
31033 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
31034 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
31035 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
31036 factorial function would be written along the following lines:
31038 @smallexample
31039 (defmath myfact (n)
31040   (if (> n 0)
31041       (* n (myfact (1- n)))
31042     (if (= n 0)
31043         1
31044       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
31045 @end smallexample
31047 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
31048 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
31049 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
31050 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
31051 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
31052 efficiently as possible.
31054 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
31055 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
31056 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
31057 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
31058 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
31059 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.@refill
31061 For other functions @var{func}, if a function by the name
31062 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
31063 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
31064 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
31065 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
31066 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
31067 always used exactly as written (but not quoted).@refill
31069 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
31070 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
31071 @code{for}, or @code{foreach} form,
31072 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
31073 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.@refill
31075 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
31077 @itemize @bullet
31078 @item
31079 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
31080 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
31081 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
31082 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
31083 yields one element of a Calc matrix.
31085 @item
31086 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
31087 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
31088 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
31089 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
31090 in which case the effect is to store into the specified
31091 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @cite{x}
31092 into one element of a matrix.
31094 @item
31095 A @code{for} looping construct is available.  For example,
31096 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
31097 binding of @cite{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
31098 form in that @cite{i} is temporarily bound to the loop count
31099 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
31100 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
31101 are also available.  For each value of @cite{i} from zero to 10,
31102 @cite{j} counts from 0 to @cite{i-1} in steps of two.  Note that
31103 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
31104 that each element of the header is a list of three or four
31105 things, not just two.
31107 @item
31108 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
31109 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
31110 @code{body} with @cite{x} bound to each element of Calc vector
31111 @cite{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
31112 the initial @code{vec} symbol in the vector.
31114 @item
31115 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
31116 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
31117 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
31118 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
31120 @item
31121 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
31122 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @cite{x+y}
31123 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
31124 inside the body of the function.
31125 @end itemize
31127 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
31128 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
31129 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
31130 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
31131 formula can go between the quotes.  For example,
31133 @smallexample
31134 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
31135   (and (numberp x)
31136        (exp :"x * 0.5")))
31137 @end smallexample
31139 expands to
31141 @smallexample
31142 (defun calcFunc-sqexp (x)
31143   (and (math-numberp x)
31144        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
31145 @end smallexample
31147 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
31148 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
31149 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
31150 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
31151 step of @code{myfact} could have been written
31153 @example
31154 :"n * myfact(n-1)"
31155 @end example
31157 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
31158 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
31159 seem like a good idea to put your favorite @code{defmath} commands here,
31160 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
31161 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
31162 actually use the Calculator!  A better effect can be had by writing
31164 @example
31165 (put 'calc-define 'thing '(progn
31166  (defmath ... )
31167  (defmath ... )
31169 @end example
31171 @noindent
31172 @vindex calc-define
31173 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
31174 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
31175 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
31176 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
31177 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
31178 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
31179 properties are removed as they are evaluated.  The property names
31180 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
31181 name of your project so as not to conflict with other properties.
31183 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
31184 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
31185 that same code in another file which you load by hand either before or
31186 after Calc itself is loaded.
31188 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
31189 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
31190 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
31191 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
31193 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
31194 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
31195 call your function, even if the file defining the property is loaded
31196 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
31197 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
31198 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
31199 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
31200 protect against this situation, you can put
31202 @example
31203 (run-hooks 'calc-check-defines)
31204 @end example
31206 @findex calc-check-defines
31207 @noindent
31208 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
31209 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
31210 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
31211 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
31213 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
31214 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
31215 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
31216 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
31218 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
31219 @subsection Defining New Simple Commands
31221 @noindent
31222 @findex interactive
31223 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
31224 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
31225 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
31226 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
31227 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
31228 the command work in the Calc environment.
31230 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
31231 for normal Emacs Lisp commands:
31233 @smallexample
31234 (defmath increase-precision (delta)
31235   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
31236   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
31237   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31238 @end smallexample
31240 This expands to the pair of definitions,
31242 @smallexample
31243 (defun calc-increase-precision (delta)
31244   "Increase precision by DELTA."
31245   (interactive "p")
31246   (calc-wrapper
31247    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
31249 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
31250   "Increase precision by DELTA."
31251   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
31252 @end smallexample
31254 @noindent
31255 where in this case the latter function would never really be used!  Note
31256 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
31257 the @code{math-add} function will work just as well as the native
31258 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
31260 @findex calc-wrapper
31261 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
31262 the function with code that looks roughly like this:
31264 @smallexample
31265 (let ((calc-command-flags nil))
31266   (unwind-protect
31267       (save-excursion
31268         (calc-select-buffer)
31269         @emph{body of function}
31270         @emph{renumber stack}
31271         @emph{clear} Working @emph{message})
31272     @emph{realign cursor and window}
31273     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
31274     @emph{update Emacs mode line}))
31275 @end smallexample
31277 @findex calc-select-buffer
31278 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
31279 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
31280 the @samp{*Calc Trail*} window.
31282 @findex calc-set-command-flag
31283 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to
31284 set the above-mentioned command flags.  Calc routines recognize the
31285 following command flags:
31287 @table @code
31288 @item renum-stack
31289 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
31290 after this command completes.  This is set by routines like
31291 @code{calc-push}.
31293 @item clear-message
31294 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
31295 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
31297 @item no-align
31298 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
31300 @item position-point
31301 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
31302 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
31303 this command finishes.
31305 @item keep-flags
31306 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
31307 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
31309 @item do-edit
31310 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
31312 @item hold-trail
31313 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
31314 there.
31315 @end table
31317 @kindex Y
31318 @kindex Y ?
31319 @vindex calc-Y-help-msgs
31320 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
31321 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
31322 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
31323 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
31324 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
31325 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
31326 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
31327 future versions of Calc.
31329 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
31330 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
31331 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
31332 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
31333 stands for your package, then a third key for the particular command
31334 within your package.
31336 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
31337 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
31338 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
31339 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
31340 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
31341 if necessary without having to modify the file.
31343 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
31344 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
31345 decreases the precision.
31347 @smallexample
31348 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
31349 ;;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
31351 (defvar inc-prec-base-key "P"
31352   "Base key for inc-prec.el commands.")
31354 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
31356 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
31357             'increase-precision)
31358 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
31359             'decrease-precision)
31361 (setq calc-Y-help-msgs
31362       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
31363             calc-Y-help-msgs))
31365 (defmath increase-precision (delta)
31366   "Increase precision by DELTA."
31367   (interactive "p")
31368   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31370 (defmath decrease-precision (delta)
31371   "Decrease precision by DELTA."
31372   (interactive "p")
31373   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
31375 ))  ; end of calc-define property
31377 (run-hooks 'calc-check-defines)
31378 @end smallexample
31380 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
31381 @subsection Defining New Stack-Based Commands
31383 @noindent
31384 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
31385 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
31387 @example
31388 (interactive @var{num} @var{tag})
31389 @end example
31391 @noindent
31392 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
31393 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
31394 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
31395 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
31396 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
31397 parameters is legal.
31399 Your function must return either a number or a formula in a form
31400 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
31401 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
31402 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
31403 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
31404 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
31406 As an example, the definition
31408 @smallexample
31409 (defmath myfact (n)
31410   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31411   (interactive 1 "fact")
31412   (if (> n 0)
31413       (* n (myfact (1- n)))
31414     (and (= n 0) 1)))
31415 @end smallexample
31417 @noindent
31418 is a version of the factorial function shown previously which can be used
31419 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
31421 @smallexample
31422 (defun calc-myfact ()
31423   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31424   (interactive)
31425   (calc-slow-wrapper
31426    (calc-enter-result 1 "fact"
31427      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
31429 (defun calcFunc-myfact (n)
31430   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31431   (if (math-posp n)
31432       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31433     (and (math-zerop n) 1)))
31434 @end smallexample
31436 @findex calc-slow-wrapper
31437 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
31438 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
31439 computation begins.  (This message can be turned off by the user
31440 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
31442 @findex calc-top-list-n
31443 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
31444 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
31445 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
31446 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
31448 @findex calc-enter-result
31449 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
31450 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
31451 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
31452 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
31453 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
31454 being pushed are also recorded in the trail.
31456 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
31457 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
31458 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
31459 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
31460 containing the single symbol @code{nil}.
31462 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
31463 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
31464 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
31466 @example
31467 (defmath foo (a b &optional c)
31468   (interactive "p" 2 "foo")
31469   @var{body})
31470 @end example
31472 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
31473 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
31474 executed with a numeric prefix argument of @cite{n}.
31476 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
31477 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
31478 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
31479 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
31480 arguments to be used when no prefix is supplied.
31482 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
31483 @subsection Argument Qualifiers
31485 @noindent
31486 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
31487 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
31489 @example
31490 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
31491                &optional @var{param} @var{param...}
31492                &rest @var{param})
31493   @var{body})
31494 @end example
31496 @noindent
31497 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
31499 @example
31500 (@var{qual} @var{param})
31501 @end example
31503 The following qualifiers are recognized:
31505 @table @samp
31506 @item complete
31507 @findex complete
31508 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
31509 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
31510 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
31511 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)@refill
31513 @item integer
31514 @findex integer
31515 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
31516 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
31517 formulas are rejected.
31519 @item natnum
31520 @findex natnum
31521 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
31523 @item fixnum
31524 @findex fixnum
31525 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
31526 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
31527 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
31529 @item float
31530 @findex float
31531 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
31532 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
31533 actually rejected by this qualifier.)
31535 @item @var{pred}
31536 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
31537 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
31539 @item not-@var{pred}
31540 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
31541 @end table
31543 For example,
31545 @example
31546 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
31547               &rest (integer d))
31548   @var{body})
31549 @end example
31551 @noindent
31552 expands to
31554 @example
31555 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
31556   (and (math-matrixp b)
31557        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
31558   (or (math-constp b)
31559       (math-reject-arg b 'constp))
31560   (and c (setq c (math-check-float c)))
31561   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
31562   @var{body})
31563 @end example
31565 @noindent
31566 which performs the necessary checks and conversions before executing the
31567 body of the function.
31569 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
31570 @subsection Example Definitions
31572 @noindent
31573 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
31574 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
31575 @pxref{Internals}.
31577 @menu
31578 * Bit Counting Example::
31579 * Sine Example::
31580 @end menu
31582 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
31583 @subsubsection Bit-Counting
31585 @noindent
31586 @ignore
31587 @starindex
31588 @end ignore
31589 @tindex bcount
31590 Calc does not include a built-in function for counting the number of
31591 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
31592 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
31593 that set; let's write a function that counts the bits without having to
31594 create an intermediate set.
31596 @smallexample
31597 (defmath bcount ((natnum n))
31598   (interactive 1 "bcnt")
31599   (let ((count 0))
31600     (while (> n 0)
31601       (if (oddp n)
31602           (setq count (1+ count)))
31603       (setq n (lsh n -1)))
31604     count))
31605 @end smallexample
31607 @noindent
31608 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
31609 Emacs Lisp function:
31611 @smallexample
31612 (defun calcFunc-bcount (n)
31613   (setq n (math-check-natnum n))
31614   (let ((count 0))
31615     (while (math-posp n)
31616       (if (math-oddp n)
31617           (setq count (math-add count 1)))
31618       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
31619     count))
31620 @end smallexample
31622 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
31623 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
31624 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
31625 involve actual division.
31627 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
31628 @var{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
31629 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
31630 routines are especially fast when dividing by an integer less than
31631 1000, so we can set @var{n = 9} bits and use repeated division by 512:
31633 @smallexample
31634 (defmath bcount ((natnum n))
31635   (interactive 1 "bcnt")
31636   (let ((count 0))
31637     (while (not (fixnump n))
31638       (let ((qr (idivmod n 512)))
31639         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
31640               n (car qr))))
31641     (+ count (bcount-fixnum n))))
31643 (defun bcount-fixnum (n)
31644   (let ((count 0))
31645     (while (> n 0)
31646       (setq count (+ count (logand n 1))
31647             n (lsh n -1)))
31648     count))
31649 @end smallexample
31651 @noindent
31652 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
31653 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
31654 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
31655 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
31656 uses.
31658 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
31659 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
31660 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
31661 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
31662 actually they are less efficient because each operation is really
31663 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
31664 same thing with a single division by 512.
31666 @node Sine Example, , Bit Counting Example, Example Definitions
31667 @subsubsection The Sine Function
31669 @noindent
31670 @ignore
31671 @starindex
31672 @end ignore
31673 @tindex mysin
31674 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
31675 well-known Taylor series expansion for @c{$\sin x$}
31676 @samp{sin(x)}:
31678 @smallexample
31679 (defmath mysin ((float (anglep x)))
31680   (interactive 1 "mysn")
31681   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
31682   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
31683         newsum
31684         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
31685         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
31686     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
31687       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
31688       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
31689             x (* x xnegsqr)
31690             newsum (+ sum (/ x nfact)))
31691       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
31692           (break))           ;  then we are done.
31693       (setq sum newsum))
31694     sum))
31695 @end smallexample
31697 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
31698 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @c{$\pi \over 4$}
31699 @cite{pi/4}.  This
31700 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
31701 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
31702 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
31703 by a separate algorithm.
31705 @smallexample
31706 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
31707   (interactive 1 "mysn")
31708   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
31709   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
31710     (cond ((complexp x)
31711            (mysin-complex x))
31712           ((< x 0)
31713            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
31714           (t (mysin-raw x))))))
31716 (defmath mysin-raw (x)
31717   (cond ((>= x 7)
31718          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
31719         ((> x (pi-over-2))
31720          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
31721         ((> x (pi-over-4))
31722          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
31723         ((< x (- (pi-over-4)))
31724          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
31725         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
31726 @end smallexample
31728 @noindent
31729 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
31730 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
31731 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
31732 @code{mysin-raw} for cosines.
31734 The strategy is to ensure that @cite{x} is nonnegative before calling
31735 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
31736 to a suitable range, namely, plus-or-minus @c{$\pi \over 4$}
31737 @cite{pi/4}.  Note that each
31738 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
31739 that small roundoff errors cannnot produce an infinite loop.  (Suppose
31740 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
31741 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
31742 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
31743 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
31744 that this rule misses.
31746 If a program is being written for general use, it is important to code
31747 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
31748 when you know that your own use of the sine function will never encounter
31749 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
31751 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
31752 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
31754 @noindent
31755 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
31756 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
31757 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
31758 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
31759 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
31760 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
31761 much simpler to use!
31763 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
31764 options, but they all stem from one simple operation.
31766 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
31767 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
31768 the result formatted as a string: @code{"3"}.
31770 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
31771 functions, you don't need to make any special preparations to load
31772 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
31773 loaded and initialized for you.
31775 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
31776 evaluating the expression and formatting the result.
31778 @ifinfo
31779 @example
31781 @end example
31782 @end ifinfo
31783 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
31785 @noindent
31786 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
31787 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
31788 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
31789 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
31791 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
31792 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
31793 one by one below.
31795 You can give additional arguments to be substituted for
31796 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
31797 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
31798 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
31799 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
31800 used as a placeholder for the item-separator argument.
31802 @ifinfo
31803 @example
31805 @end example
31806 @end ifinfo
31807 @subsubsection Error Handling
31809 @noindent
31810 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
31811 the character position of the error, plus a suitable message as a
31812 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
31813 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
31814 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
31815 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
31817 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
31818 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
31819 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
31820 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
31822 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
31823 are returned as strings instead of lists.  The character position is
31824 ignored.
31826 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
31827 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
31828 it permanently with @code{setq}.
31830 @ifinfo
31831 @example
31833 @end example
31834 @end ifinfo
31835 @subsubsection Numbers Only
31837 @noindent
31838 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
31839 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
31840 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
31841 that are not constants are treated as errors.  The error message
31842 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
31843 or otherwise ``Number expected.''
31845 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
31846 object that does not include variables or function calls.  If it
31847 is a vector, the components must themselves be constants.
31849 @ifinfo
31850 @example
31852 @end example
31853 @end ifinfo
31854 @subsubsection Default Modes
31856 @noindent
31857 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
31858 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
31859 various Calc modes to their default values while the formula is
31860 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
31861 digits, digit grouping is turned off, and the normal language
31862 mode is used.
31864 This same principle applies to the other options discussed below.
31865 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
31866 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
31868 If there are other elements in the list, they are taken as
31869 variable-name/value pairs which override the default mode
31870 settings.  Look at the documentation at the front of the
31871 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
31872 the various modes.  The mode settings are restored to their
31873 original values when @code{calc-eval} is done.
31875 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
31876 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
31877 using default mode settings except that the precision is 8 instead
31878 of the default of 12.
31880 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
31881 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
31882 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
31883 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
31884 when the user has left Calc in symbolic mode or no-simplify mode.
31886 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
31887 checks if the number in string @cite{a} is less than the one in
31888 string @cite{b}.  Without using a list, the integer 1 might
31889 come out in a variety of formats which would be hard to test for
31890 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
31891 see ``Predicates'' mode, below.)
31893 @ifinfo
31894 @example
31896 @end example
31897 @end ifinfo
31898 @subsubsection Raw Numbers
31900 @noindent
31901 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
31902 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
31903 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
31904 numbers must be converted to and from string format as they are passed
31905 from one @code{calc-eval} to the next.
31907 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
31908 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
31909 how these objects look in the following sections, but usually you can
31910 treat them as ``black box'' objects with no important internal
31911 structure.
31913 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
31914 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signalling
31915 an error if that object is not a constant).
31917 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
31918 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
31919 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
31920 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
31921 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
31922 function in Calc, if you can remember its name.
31924 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
31925 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
31926 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
31927 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
31929 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
31930 to format it as a string.
31932 It is an error if the input expression evaluates to a list of
31933 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
31934 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
31936 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
31937 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
31938 various kinds of error returns discussed above.
31940 @ifinfo
31941 @example
31943 @end example
31944 @end ifinfo
31945 @subsubsection Predicates
31947 @noindent
31948 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
31949 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
31950 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
31951 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
31953 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
31954 one value is less than another.
31956 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
31957 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
31958 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
31959 wish to have an error register as ``false'', use something like
31960 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
31962 @ifinfo
31963 @example
31965 @end example
31966 @end ifinfo
31967 @subsubsection Variable Values
31969 @noindent
31970 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
31971 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
31972 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
31973 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
31974 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
31975 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
31976 will return @code{"7.14159265359"}.
31978 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
31979 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
31980 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
31981 understand either string or raw form values stored in variables,
31982 although raw data objects are much more efficient.  For example,
31983 to increment the Calc variable @code{a}:
31985 @example
31986 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
31987 @end example
31989 @ifinfo
31990 @example
31992 @end example
31993 @end ifinfo
31994 @subsubsection Stack Access
31996 @noindent
31997 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
31998 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
31999 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
32000 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
32001 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
32002 usual way).
32004 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
32005 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
32006 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
32007 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
32008 is the number of elements remaining in the stack after popping;
32009 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
32010 the stack.
32012 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
32013 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
32014 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
32015 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
32016 integer is out of range, @code{nil} is returned.
32018 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
32019 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
32020 as a string.
32022 In all of these cases the first argument can be made a list in
32023 order to force the default mode settings, as described above.
32024 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
32025 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
32026 instead of current display modes, except that the radix is
32027 hexadecimal instead of decimal.
32029 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
32030 found it when you are done, unless the user of your program is
32031 actually expecting it to affect the stack.
32033 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
32034 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
32035 the stack buffer if necessary.
32037 @ifinfo
32038 @example
32040 @end example
32041 @end ifinfo
32042 @subsubsection Keyboard Macros
32044 @noindent
32045 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
32046 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
32047 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
32048 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
32049 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
32050 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
32051 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
32053 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
32054 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
32055 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
32056 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
32057 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
32059 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
32060 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
32061 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
32063 The return value in this case is always @code{nil}.
32065 @ifinfo
32066 @example
32068 @end example
32069 @end ifinfo
32070 @subsubsection Lisp Evaluation
32072 @noindent
32073 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
32074 @code{eval} function is called on the first argument, which must
32075 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
32076 quote the expression so that it is not evaluated until inside
32077 @code{calc-eval}.
32079 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
32080 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
32081 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
32082 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
32084 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
32085 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
32086 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
32087 Note that this function will leave a message in the echo area as
32088 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
32089 automatically if not invoked from there, so the above call is
32090 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
32091 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
32092 your original buffer when it is done.
32094 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
32095 expression to use default instead of current mode settings.
32097 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
32098 returned by the evaluated Lisp expression.
32100 @ifinfo
32101 @example
32103 @end example
32104 @end ifinfo
32105 @subsubsection Example
32107 @noindent
32108 @findex convert-temp
32109 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
32110 you have a document with lots of references to temperatures on the
32111 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
32112 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
32113 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
32114 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
32115 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
32117 @example
32118 (defun convert-temp ()
32119   (interactive)
32120   (save-excursion
32121     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
32122     (let* ((top1 (match-beginning 1))
32123            (bot1 (match-end 1))
32124            (number (buffer-substring top1 bot1))
32125            (top2 (match-beginning 2))
32126            (bot2 (match-end 2))
32127            (type (buffer-substring top2 bot2)))
32128       (if (equal type "F")
32129           (setq type "C"
32130                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
32131         (setq type "F"
32132               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
32133       (goto-char top2)
32134       (delete-region top2 bot2)
32135       (insert-before-markers type)
32136       (goto-char top1)
32137       (delete-region top1 bot1)
32138       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
32139           (setq number (substring number 0 -1)))
32140       (insert number))))
32141 @end example
32143 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
32144 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
32145 instead of after it.
32147 @node Internals, , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
32148 @subsection Calculator Internals
32150 @noindent
32151 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
32152 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
32153 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
32154 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
32155 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
32156 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
32157 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
32158 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
32160 The functions described here are scattered throughout the various
32161 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
32162 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
32163 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
32164 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
32165 in the remaining component files.
32167 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
32168 generally always executes with the extensions already loaded, so
32169 normally you can use any Calc function and be confident that it will
32170 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
32171 special, check carefully to make sure each function you are using is
32172 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
32173 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
32174 prove this file will already be loaded.
32176 @menu
32177 * Data Type Formats::
32178 * Interactive Lisp Functions::
32179 * Stack Lisp Functions::
32180 * Predicates::
32181 * Computational Lisp Functions::
32182 * Vector Lisp Functions::
32183 * Symbolic Lisp Functions::
32184 * Formatting Lisp Functions::
32185 * Hooks::
32186 @end menu
32188 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
32189 @subsubsection Data Type Formats
32191 @noindent
32192 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
32193 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
32194 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
32195 which is not a Lisp list.
32197 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
32198 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
32199 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
32200 @i{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
32201 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
32202 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
32203 example, the integer @i{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
32205 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
32206 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
32207 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
32208 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
32209 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
32210 and large integers are called @dfn{bignums}.
32212 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
32213 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
32214 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
32215 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
32216 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
32217 are normalized by negating the numerator and denominator.
32219 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
32220 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
32221 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
32222 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
32223 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
32224 @i{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
32225 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
32226 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
32227 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
32228 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)@refill
32230 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
32231 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
32232 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
32233 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
32234 components are converted to real numbers automatically.@refill
32236 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
32237 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
32238 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
32239 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
32240 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
32241 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
32242 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
32243 negative real number.)@refill
32245 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
32246 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
32247 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
32248 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
32249 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.@refill
32251 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
32252 a real number that counts days since midnight on the morning of
32253 January 1, 1 AD.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
32254 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
32256 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
32257 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
32258 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
32260 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
32261 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
32262 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
32263 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
32264 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
32265 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
32267 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
32268 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
32269 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
32270 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
32271 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
32272 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
32273 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
32274 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
32275 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
32276 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
32278 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
32279 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
32280 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
32281 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
32282 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
32283 generally unused by Calc data structures.
32285 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
32286 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
32287 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
32288 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
32289 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
32290 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
32291 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
32292 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
32293 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
32294 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
32295 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
32296 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
32297 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
32298 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
32299 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
32300 which represent units are not stored in any special way; they are units
32301 only because their names appear in the units table.  If the value
32302 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
32303 the variable is used.@refill
32305 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
32306 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
32307 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
32308 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
32309 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
32310 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
32311 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
32312 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
32313 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
32314 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
32315 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
32316 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
32317 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
32318 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
32319 object which represents their value, or a list of such objects if they
32320 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
32321 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
32322 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
32323 and is not used by any built-in Calc functions.)@refill
32325 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
32326 @subsubsection Interactive Functions
32328 @noindent
32329 The functions described here are used in implementing interactive Calc
32330 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
32331 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
32332 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
32334 @defun calc-set-command-flag flag
32335 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
32336 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
32337 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
32338 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
32339 @end defun
32341 @defun calc-clear-command-flag flag
32342 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
32343 remove it from that list.
32344 @end defun
32346 @defun calc-record-undo rec
32347 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
32348 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
32349 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
32350 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
32351 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
32352 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
32353 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
32354 contains the variable's value) was stored and its previous value was
32355 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
32356 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
32357 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
32358 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
32359 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.@refill
32360 @end defun
32362 @defun calc-record-why msg args
32363 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
32364 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
32365 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
32366 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
32367 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
32368 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
32369 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
32370 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
32371 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
32372 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
32373 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
32374 automatically; @pxref{Predicates}.@refill
32375 @end defun
32377 @defun calc-is-inverse
32378 This predicate returns true if the current command is inverse,
32379 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
32380 @end defun
32382 @defun calc-is-hyperbolic
32383 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
32384 @end defun
32386 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
32387 @subsubsection Stack-Oriented Functions
32389 @noindent
32390 The functions described here perform various operations on the Calc
32391 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
32393 @defun calc-push-list vals n
32394 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
32395 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
32396 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
32397 elements will be inserted into the stack so that the last element will
32398 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
32399 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
32400 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
32401 is an empty list, nothing happens.@refill
32403 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
32404 You can give an optional third argument to this function, which must
32405 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
32406 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
32407 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
32408 @end defun
32410 @defun calc-top-list n m
32411 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
32412 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
32413 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
32414 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
32415 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
32416 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
32417 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
32418 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
32419 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
32420 evaluated, rounded, or renormalized.@refill
32422 If any stack elements contain selections, and selections have not
32423 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
32424 this function returns the selected portions rather than the entire
32425 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
32426 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
32427 a selection in any of the requested stack elements produces an
32428 ``illegal operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
32429 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
32430 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
32431 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
32432 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
32433 list form is returned; the first element of this list will be the whole
32434 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
32435 @end defun
32437 @defun calc-pop-stack n m
32438 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
32439 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
32440 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
32442 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
32443 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
32444 error without changing the stack.  If you supply an optional third
32445 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
32446 contain selections.
32447 @end defun
32449 @defun calc-record-list vals tag
32450 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
32451 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
32452 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
32453 will be used.
32454 @end defun
32456 @defun calc-normalize n
32457 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
32458 least this involves re-rounding floating-point values according to the
32459 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
32460 selected no-simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
32461 actually evaluating a formula object by executing the function calls
32462 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
32463 @end defun
32465 @defun calc-top-list-n n m
32466 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
32467 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
32468 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
32469 objects will be rejected with an error message.  All computational
32470 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
32471 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
32472 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
32473 This function accepts the same optional selection-mode argument as
32474 @code{calc-top-list}.
32475 @end defun
32477 @defun calc-top-n m
32478 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
32479 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
32480 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
32481 @end defun
32483 @defun calc-enter-result n tag vals
32484 This function is a convenient interface to most of the above functions.
32485 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
32486 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
32487 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
32488 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
32489 A typical stack-based computational command would take the form,
32491 @smallexample
32492 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
32493                                (calc-top-list-n @var{n})))
32494 @end smallexample
32496 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
32497 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
32498 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
32499 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
32500 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
32501 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
32502 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
32503 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
32504 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
32505 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
32506 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
32507 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
32508 are present.
32509 @end defun
32511 @defun calc-unary-op tag func arg
32512 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
32513 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
32514 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
32515 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
32516 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,@refill
32518 @smallexample
32519 (defun calc-zeta (arg)
32520   (interactive "P")
32521   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
32522 @end smallexample
32523 @end defun
32525 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
32526 This function implements a binary operator, analogously to
32527 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
32528 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
32529 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
32530 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
32531 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
32532 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
32533 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
32534 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
32535 stack elements; when the argument is negative, the function is
32536 mapped between the next-to-top @i{-@var{arg}} stack elements and the
32537 top element.@refill
32538 @end defun
32540 @defun calc-stack-size
32541 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
32542 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
32543 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
32544 @end defun
32546 @defun calc-cursor-stack-index n
32547 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
32548 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
32549 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
32550 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
32551 line number, not the stack entry itself.@refill
32552 @end defun
32554 @defun calc-substack-height n
32555 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
32556 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
32557 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
32558 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
32559 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
32560 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
32561 entries.)@refill
32562 @end defun
32564 @defun calc-refresh
32565 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
32566 This must be called after changing any parameter, such as the current
32567 display radix, which might change the appearance of existing stack
32568 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
32569 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
32570 rather than just the top few elements when the macro finishes.)@refill
32571 @end defun
32573 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
32574 @subsubsection Predicates
32576 @noindent
32577 The functions described here are predicates, that is, they return a
32578 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
32579 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
32580 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
32581 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
32582 the full range of Calc data types.
32584 @defun zerop x
32585 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
32586 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
32587 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
32588 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
32589 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
32590 @end defun
32592 @defun negp x
32593 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
32594 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
32595 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
32596 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
32597 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
32598 @end defun
32600 @defun posp x
32601 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
32602 numbers, none of these three predicates will return true.
32603 @end defun
32605 @defun looks-negp x
32606 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
32607 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
32608 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
32609 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
32610 @end defun
32612 @defun integerp x
32613 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
32614 @end defun
32616 @defun fixnump x
32617 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
32618 @end defun
32620 @defun natnump x
32621 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
32622 @end defun
32624 @defun fixnatnump x
32625 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
32626 @end defun
32628 @defun num-integerp x
32629 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
32630 true integer or a float with no significant digits to the right of
32631 the decimal point.
32632 @end defun
32634 @defun messy-integerp x
32635 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
32636 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
32637 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
32638 @end defun
32640 @defun num-natnump x
32641 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
32642 @end defun
32644 @defun evenp x
32645 Returns true if @var{x} is an even integer.
32646 @end defun
32648 @defun looks-evenp x
32649 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
32650 multiplicative coefficient which is an even integer.
32651 @end defun
32653 @defun oddp x
32654 Returns true if @var{x} is an odd integer.
32655 @end defun
32657 @defun ratp x
32658 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
32659 fraction.
32660 @end defun
32662 @defun realp x
32663 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
32664 or floating-point number.
32665 @end defun
32667 @defun anglep x
32668 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
32669 @end defun
32671 @defun floatp x
32672 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
32673 interval, date form, or modulo form in which at least one component
32674 is a float.
32675 @end defun
32677 @defun complexp x
32678 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
32679 (but not a real number).
32680 @end defun
32682 @defun rect-complexp x
32683 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
32684 @end defun
32686 @defun polar-complexp x
32687 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
32688 @end defun
32690 @defun numberp x
32691 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
32692 @end defun
32694 @defun scalarp x
32695 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
32696 @end defun
32698 @defun vectorp x
32699 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
32700 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
32701 @end defun
32703 @defun numvecp x
32704 Returns true if @var{x} is a number or vector.
32705 @end defun
32707 @defun matrixp x
32708 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
32709 all of the same size.
32710 @end defun
32712 @defun square-matrixp x
32713 Returns true if @var{x} is a square matrix.
32714 @end defun
32716 @defun objectp x
32717 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
32718 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
32719 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
32720 as their components; see @code{constp} below.)
32721 @end defun
32723 @defun objvecp x
32724 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
32725 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
32726 mentioned above for @code{objectp}).
32727 @end defun
32729 @defun primp x
32730 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
32731 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
32732 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
32733 and intervals.
32734 @end defun
32736 @defun constp x
32737 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
32738 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
32739 components are @code{constp}.
32740 @end defun
32742 @defun lessp x y
32743 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
32744 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
32745 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
32746 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
32747 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
32748 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
32749 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.@refill
32750 @end defun
32752 @defun beforep x y
32753 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
32754 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
32755 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
32756 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
32757 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
32758 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
32759 by @kbd{a s} to put the terms of a product into canonical order:
32760 This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to @samp{2 x y}.
32761 @end defun
32763 @defun equal x y
32764 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
32765 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
32766 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
32767 0 and 0.0 as different.
32768 @end defun
32770 @defun math-equal x y
32771 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
32772 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
32773 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
32774 converted to @samp{(math-equal x y)}.
32775 @end defun
32777 @defun equal-int x n
32778 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
32779 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
32780 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
32781 whenever possible.@refill
32782 @end defun
32784 @defun nearly-equal x y
32785 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
32786 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
32787 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
32788 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
32789 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
32790 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
32791 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
32792 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
32793 error in the series evaluation without doing extra work which would be
32794 lost when the result is rounded back down to the current precision.
32795 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
32796 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
32797 @end defun
32799 @defun nearly-zerop x y
32800 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
32801 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
32802 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
32803 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
32804 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
32805 @var{y} must be real.
32806 @end defun
32808 @defun is-true x
32809 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
32810 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
32811 or a provably non-zero formula.
32812 @end defun
32814 @defun reject-arg val pred
32815 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
32816 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
32817 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
32818 function call which led here will be left in symbolic form.@refill
32819 @end defun
32821 @defun inexact-value
32822 If Symbolic Mode is enabled, this will signal an error that causes
32823 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
32824 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic Mode.)
32825 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic Mode, the
32826 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
32827 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
32828 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic Mode will
32829 return the formula @samp{sin(5)} to your function.@refill
32830 @end defun
32832 @defun overflow
32833 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
32834 @end defun
32836 @defun underflow
32837 This signals a floating-point underflow.
32838 @end defun
32840 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
32841 @subsubsection Computational Functions
32843 @noindent
32844 The functions described here do the actual computational work of the
32845 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
32846 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
32847 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
32848 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
32849 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
32850 is the actual Lisp function for taking square roots.@refill
32852 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
32853 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
32854 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
32855 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
32856 respectively, instead.@refill
32858 @defun normalize val
32859 (Full form: @code{math-normalize}.)
32860 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
32861 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
32862 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
32863 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
32864 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
32865 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
32866 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
32867 return 6.@refill
32869 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
32870 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
32871 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
32872 the formula still in symbolic form.@refill
32874 If the current Simplification Mode is ``none'' or ``numeric arguments
32875 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
32876 powerful simplification modes (like algebraic simplification) are
32877 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
32878 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
32879 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
32880 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
32881 on the stack.@refill
32882 @end defun
32884 @defun evaluate-expr expr
32885 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
32886 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
32887 when you press the @kbd{=} key interactively.@refill
32888 @end defun
32890 @defmac with-extra-prec n body
32891 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
32892 digits.  This is a macro which expands to
32894 @smallexample
32895 (math-normalize
32896   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
32897     @var{body}))
32898 @end smallexample
32900 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
32901 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
32902 is important because some arithmetic operations assume a number's
32903 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
32904 @end defmac
32906 @defun make-frac n d
32907 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
32908 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
32909 @end defun
32911 @defun make-float mant exp
32912 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
32913 of which are arbitrary integers.  This function will return a
32914 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
32915 if @var{exp} is out of range.
32916 @end defun
32918 @defun make-sdev x sigma
32919 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
32920 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
32921 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
32922 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
32923 error forms, this calls @code{reject-arg}.
32924 @end defun
32926 @defun make-intv mask lo hi
32927 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
32928 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
32929 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
32930 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
32931 @end defun
32933 @defun sort-intv mask lo hi
32934 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
32935 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
32936 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
32937 @end defun
32939 @defun make-mod n m
32940 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
32941 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
32942 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
32943 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
32944 @end defun
32946 @defun float x
32947 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
32948 converted to numerically equivalent floats; components of complex
32949 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
32950 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
32951 or formula, this calls @code{reject-arg}.
32952 @end defun
32954 @defun compare x y
32955 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @i{-1} if
32956 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
32957 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
32958 undefined or cannot be determined.@refill
32959 @end defun
32961 @defun numdigs n
32962 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
32963 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
32964 considered to have zero digits.
32965 @end defun
32967 @defun scale-int x n
32968 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @i{-@var{n}}
32969 digits with truncation toward zero.
32970 @end defun
32972 @defun scale-rounding x n
32973 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
32974 integer rather than truncating.
32975 @end defun
32977 @defun fixnum n
32978 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
32979 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
32980 24 binary bits) the result is undefined.
32981 @end defun
32983 @defun sqr x
32984 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
32985 @end defun
32987 @defun quotient x y
32988 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
32989 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
32990 direction of rounding is undefined.
32991 @end defun
32993 @defun idiv x y
32994 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
32995 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
32996 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
32997 slower than for @code{quotient}.
32998 @end defun
33000 @defun imod x y
33001 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
33002 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
33003 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
33004 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
33005 @end defun
33007 @defun idivmod x y
33008 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
33009 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
33010 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.@refill
33011 @end defun
33013 @defun pow x y
33014 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
33015 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
33016 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.@refill
33017 @end defun
33019 @defun abs-approx x
33020 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
33021 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
33022 the absolute values of the components.
33023 @end defun
33025 @findex two-pi
33026 @findex pi-over-2
33027 @findex pi-over-4
33028 @findex pi-over-180
33029 @findex sqrt-two-pi
33030 @findex sqrt-e
33031 @findex e
33032 @findex ln-2
33033 @findex ln-10
33034 @defun pi
33035 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
33036 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
33037 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
33038 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, and @code{ln-10}.  Each function
33039 returns a floating-point value in the current precision, and each uses
33040 caching so that all calls after the first are essentially free.@refill
33041 @end defun
33043 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
33044 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
33045 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
33046 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
33047 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
33048 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
33049 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
33050 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
33051 with the current precision increased by four, and the result minus its
33052 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
33053 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
33054 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
33055 again to 30 digits for use in the present request.@refill
33056 @end defmac
33058 @findex half-circle
33059 @findex quarter-circle
33060 @defun full-circle symb
33061 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
33062 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
33063 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
33064 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic Mode.  There are also similar
33065 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
33066 @end defun
33068 @defun power-of-2 n
33069 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
33070 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
33071 particular @var{n} is expensive.
33072 @end defun
33074 @defun integer-log2 n
33075 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
33076 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
33077 return @code{nil}.
33078 @end defun
33080 @defun div-mod a b m
33081 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
33082 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.@refill
33083 @end defun
33085 @defun pow-mod a b m
33086 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
33087 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
33088 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
33089 @end defun
33091 @defun isqrt n
33092 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
33093 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
33094 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
33095 @end defun
33097 @defun to-hms a ang
33098 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
33099 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
33100 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
33101 is already an HMS form it is returned as-is.
33102 @end defun
33104 @defun from-hms a ang
33105 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
33106 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
33107 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
33108 is returned as-is.
33109 @end defun
33111 @defun to-radians a
33112 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
33113 angular mode.
33114 @end defun
33116 @defun from-radians a
33117 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
33118 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
33119 @end defun
33121 @defun to-radians-2 a
33122 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic Mode a degrees to
33123 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
33124 @end defun
33126 @defun from-radians-2 a
33127 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic Mode a radians to
33128 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
33129 @end defun
33131 @defun random-digit
33132 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
33133 @end defun
33135 @defun random-digits n
33136 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
33137 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
33138 @end defun
33140 @defun random-float
33141 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
33142 @end defun
33144 @defun prime-test n iters
33145 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
33146 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
33147 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
33148 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
33149 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
33150 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
33151 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
33152 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
33153 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
33154 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
33155 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
33156 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
33157 @code{prime-test} remembers where it left off.@refill
33158 @end defun
33160 @defun to-simple-fraction f
33161 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
33162 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
33163 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
33164 fast.
33165 @end defun
33167 @defun to-fraction f tol
33168 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
33169 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
33170 function @code{frac}, and can be rather slow.
33171 @end defun
33173 @defun quarter-integer n
33174 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
33175 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
33176 @i{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
33177 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
33178 returns @code{nil}.
33179 @end defun
33181 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
33182 @subsubsection Vector Functions
33184 @noindent
33185 The functions described here perform various operations on vectors and
33186 matrices.
33188 @defun math-concat x y
33189 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
33190 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
33191 @end defun
33193 @defun vec-length v
33194 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
33195 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
33196 rows in the matrix.
33197 @end defun
33199 @defun mat-dimens m
33200 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
33201 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
33202 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
33203 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
33204 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
33205 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
33206 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
33207 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
33208 elements.@refill
33209 @end defun
33211 @defun dimension-error
33212 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
33213 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
33214 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
33215 @end defun
33217 @defun build-vector args
33218 Return a Calc vector with @var{args} as elements.
33219 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
33220 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
33221 @end defun
33223 @defun make-vec obj dims
33224 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
33225 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
33226 filled with 27's.
33227 @end defun
33229 @defun row-matrix v
33230 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
33231 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
33232 leave it alone.
33233 @end defun
33235 @defun col-matrix v
33236 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
33237 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
33238 already a matrix, leave it alone.
33239 @end defun
33241 @defun map-vec f v
33242 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
33243 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
33244 of vector @var{v}.
33245 @end defun
33247 @defun map-vec-2 f a b
33248 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
33249 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
33250 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
33251 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
33252 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
33253 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
33254 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
33255 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
33256 just where they are in the function position of a Lisp expression.@refill
33257 @end defun
33259 @defun reduce-vec f v
33260 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
33261 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
33262 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
33263 @end defun
33265 @defun reduce-cols f m
33266 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
33267 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
33268 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
33269 @end defun
33271 @defun mat-row m n
33272 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
33273 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
33274 (@xref{Extracting Elements}.)
33275 @end defun
33277 @defun mat-col m n
33278 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
33279 The arguments are not checked for correctness.
33280 @end defun
33282 @defun mat-less-row m n
33283 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
33284 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
33285 @end defun
33287 @defun mat-less-col m n
33288 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
33289 @end defun
33291 @defun transpose m
33292 Return the transpose of matrix @var{m}.
33293 @end defun
33295 @defun flatten-vector v
33296 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
33297 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
33298 @end defun
33300 @defun copy-matrix m
33301 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
33302 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
33303 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
33304 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
33305 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
33306 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.@refill
33307 @end defun
33309 @defun swap-rows m r1 r2
33310 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
33311 other words, unlike most of the other functions described here, this
33312 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
33313 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
33314 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
33315 @var{m}.@refill
33316 @end defun
33318 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
33319 @subsubsection Symbolic Functions
33321 @noindent
33322 The functions described here operate on symbolic formulas in the
33323 Calculator.
33325 @defun calc-prepare-selection num
33326 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
33327 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
33328 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
33329 useful information about the current stack entry into a set of
33330 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
33331 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
33332 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
33333 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
33334 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
33335 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
33336 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
33337 their corresponding sub-formulas.
33339 A slight complication arises in the selection mechanism because
33340 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
33341 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
33342 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
33343 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
33344 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
33345 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
33346 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
33347 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
33348 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
33349 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
33350 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
33351 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
33352 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
33353 @end defun
33355 @defun calc-encase-atoms x
33356 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
33357 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
33358 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
33359 the formula in-place.
33360 @end defun
33362 @defun calc-find-selected-part
33363 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
33364 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
33365 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
33366 formula, this returns @code{nil}.
33367 @end defun
33369 @defun calc-change-current-selection selection
33370 Change the currently prepared stack element's selection to
33371 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
33372 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
33373 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
33374 to reflect the new selection.
33375 @end defun
33377 @defun calc-find-nth-part expr n
33378 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
33379 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
33380 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
33381 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
33382 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
33383 @end defun
33385 @defun calc-find-parent-formula expr part
33386 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
33387 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
33388 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
33389 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
33390 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
33391 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
33392 This function does not take associativity into account.
33393 @end defun
33395 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
33396 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
33397 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
33398 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
33399 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
33400 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
33401 return the whole expression.
33402 @end defun
33404 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
33405 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
33406 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
33407 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
33408 has been used, this simply returns @var{part}.
33409 @end defun
33411 @defun calc-find-sub-formula expr part
33412 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
33413 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
33414 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
33415 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
33416 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
33417 function does not take associativity into account.
33418 @end defun
33420 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
33421 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
33422 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
33423 @end defun
33425 @defun simplify expr
33426 Simplify the expression @var{expr} by applying various algebraic rules.
33427 This is what the @w{@kbd{a s}} (@code{calc-simplify}) command uses.  This
33428 always returns a copy of the expression; the structure @var{expr} points
33429 to remains unchanged in memory.
33431 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
33432 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
33433 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
33434 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
33435 each level, any simplifications that can be made are made until no
33436 further changes are possible.  Once the entire formula has been
33437 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
33438 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
33439 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
33440 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
33441 needed:@: one to simplify the formula, and another to verify that no
33442 further simplifications were possible.
33443 @end defun
33445 @defun simplify-extended expr
33446 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
33447 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
33448 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
33449 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
33450 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
33451 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
33452 Dangerous simplification rules are written to check this variable
33453 before taking any action.@refill
33454 @end defun
33456 @defun simplify-units expr
33457 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
33458 whenever possible.  This works by binding the variable
33459 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
33460 @end defun
33462 @defmac math-defsimplify funcs body
33463 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
33464 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
33465 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
33466 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
33467 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
33468 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
33469 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
33470 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
33471 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
33472 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
33473 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
33474 If the function body returns something different, that new formula is
33475 substituted for @var{expr} in the original formula.@refill
33477 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
33478 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
33479 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
33480 function will not have a chance to trigger until the next iteration
33481 of the main @code{simplify} loop.
33483 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
33484 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
33485 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
33486 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
33488 The arguments of a function call will already have been simplified
33489 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
33490 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
33491 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
33492 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
33494 @smallexample
33495 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
33496   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
33497            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
33498                            (math-neg (nth 1 expr)))))
33499       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
33500            (or math-living-dangerously
33501                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
33502            (nth 1 (nth 1 expr)))))
33503 @end smallexample
33505 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
33506 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
33507 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
33508 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.@refill
33509 @end defmac
33511 @defun common-constant-factor expr
33512 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
33513 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
33514 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
33515 3 is a common factor of all the terms.
33516 @end defun
33518 @defun cancel-common-factor expr factor
33519 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
33520 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
33521 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
33522 it is being used by a simplification rule (where such things are
33523 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
33524 square roots:
33526 @smallexample
33527 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
33528   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
33529     (and fac (not (eq fac 1))
33530          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
33531                    (math-normalize
33532                     (list 'calcFunc-sqrt
33533                           (math-cancel-common-factor
33534                            (nth 1 expr) fac)))))))
33535 @end smallexample
33536 @end defun
33538 @defun frac-gcd a b
33539 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
33540 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
33541 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
33542 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
33543 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.@refill
33544 @end defun
33546 @defun map-tree func expr many
33547 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
33548 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
33549 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
33550 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
33551 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
33552 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
33553 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
33554 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
33555 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
33556 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
33557 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
33558 default, as described above, is infinitely many times.@refill
33559 @end defun
33561 @defun compile-rewrites rules
33562 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
33563 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
33564 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
33565 for that same variable can return immediately.  If there are problems
33566 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
33567 message.
33568 @end defun
33570 @defun apply-rewrites expr crules heads
33571 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
33572 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
33573 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
33574 matched, or if the only rules that matched did not actually change
33575 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
33576 it should be a list of all function names that (may) appear in
33577 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
33578 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
33579 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
33580 down to just a few rules in the rule set.
33581 @end defun
33583 @defun rewrite-heads expr
33584 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
33585 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
33586 @end defun
33588 @defun rewrite expr rules many
33589 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
33590 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
33591 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
33592 times.
33593 @end defun
33595 @defun match-patterns pat vec not-flag
33596 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
33597 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
33598 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
33599 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
33600 @end defun
33602 @defun deriv expr var value symb
33603 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
33604 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
33605 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
33606 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
33607 functions for which no derivative formula is known, new derivative
33608 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
33609 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of undifferentiable
33610 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
33611 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
33613 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
33614 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
33615 of the symbol for the function's derivative, which will be the
33616 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
33617 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
33618 original function call that is being differentiated.  It should return
33619 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
33620 is defined by
33622 @smallexample
33623 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
33624      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
33625 @end smallexample
33627 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
33628 @smallexample
33629 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
33630      (function (lambda (x b) ... )))
33631 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
33632      (function (lambda (x b) ... )))
33633 @end smallexample
33634 @end defun
33636 @defun tderiv expr var value symb
33637 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
33638 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
33639 assumed to be constant with respect to @var{var}.
33640 @end defun
33642 @defun integ expr var low high
33643 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
33644 @xref{Calculus}, for further details.
33645 @end defun
33647 @defmac math-defintegral funcs body
33648 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
33649 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
33650 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
33651 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
33652 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
33653 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
33654 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
33655 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
33656 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
33657 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
33659 @smallexample
33660 (math-defintegral calcFunc-conj
33661   (let ((int (math-integral u)))
33662     (and int
33663          (list 'calcFunc-conj int))))
33665 (math-defintegral calcFunc-cos
33666   (and (equal u math-integ-var)
33667        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
33668 @end smallexample
33670 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
33671 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
33672 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
33673 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
33674 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
33675 result.@refill
33676 @end defmac
33678 @defmac math-defintegral-2 funcs body
33679 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
33680 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
33681 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
33682 @var{v}.@refill
33683 @end defmac
33685 @defun solve-for lhs rhs var full
33686 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
33687 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
33688 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
33689 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
33690 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
33691 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
33692 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
33693 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
33694 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
33695 as properties in a manner similar to derivatives:@refill
33697 @smallexample
33698 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
33699      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
33700 @end smallexample
33702 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
33703 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
33704 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
33705 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
33706 if the caller requested a non-``full'' solution.
33707 @end defun
33709 @defun solve-eqn expr var full
33710 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
33711 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
33712 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
33713 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
33714 @end defun
33716 @defun solve-system exprs vars full
33717 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
33718 and @var{vars} will be vectors of equal length.
33719 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
33720 @end defun
33722 @defun expr-contains expr var
33723 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
33724 of @var{expr}.
33726 This function might seem at first to be identical to
33727 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
33728 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
33729 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
33730 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
33731 @code{eq} to each other.@refill
33732 @end defun
33734 @defun expr-contains-count expr var
33735 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
33736 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.@refill
33737 @end defun
33739 @defun expr-depends expr var
33740 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
33741 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
33742 in common.
33743 @end defun
33745 @defun expr-contains-vars expr
33746 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
33747 contains only constants and functions with constant arguments.
33748 @end defun
33750 @defun expr-subst expr old new
33751 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
33752 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
33753 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
33754 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.@refill
33755 @end defun
33757 @defun multi-subst expr old new
33758 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
33759 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
33760 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
33761 are ignored.
33762 @end defun
33764 @defun expr-weight expr
33765 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
33766 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
33767 ``primitive'' objects, this will be one.
33768 @end defun
33770 @defun expr-height expr
33771 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
33772 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
33773 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.@refill
33774 @end defun
33776 @defun polynomial-p expr var
33777 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
33778 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
33779 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
33780 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
33781 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
33782 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
33783 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
33784 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
33785 a polynomial of degree 0.@refill
33786 @end defun
33788 @defun is-polynomial expr var degree loose
33789 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
33790 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
33791 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
33792 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
33793 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
33794 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
33795 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
33796 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
33797 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
33798 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
33799 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
33800 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
33801 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
33802 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
33803 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
33804 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
33805 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
33806 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
33807 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.@refill
33808 @end defun
33810 @defun polynomial-base expr pred
33811 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
33812 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
33813 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
33814 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
33815 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
33816 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
33817 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
33818 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
33819 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
33820 is found.@refill
33821 @end defun
33823 @defun poly-simplify poly
33824 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
33825 clipping off trailing zeros.
33826 @end defun
33828 @defun poly-mix a ac b bc
33829 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
33830 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
33831 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
33832 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.@refill
33833 @end defun
33835 @defun poly-mul a b
33836 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
33837 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
33838 @end defun
33840 @defun build-polynomial-expr poly var
33841 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
33842 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
33843 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
33844 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
33845 to turn the list back into an expression in regular form.@refill
33846 @end defun
33848 @defun check-unit-name var
33849 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
33850 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
33851 will be a list whose first element is the unit name (not counting
33852 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
33853 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
33854 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
33855 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
33856 @end defun
33858 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
33859 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
33860 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
33861 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
33862 checks whether @var{expr} is directly a units expression.@refill
33863 @end defun
33865 @defun single-units-in-expr-p expr
33866 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
33867 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
33868 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
33869 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
33870 @end defun
33872 @defun to-standard-units expr which
33873 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
33874 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
33875 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
33876 where the first element is a Calc base symbol name and the second
33877 is an expression to substitute for it.@refill
33878 @end defun
33880 @defun remove-units expr
33881 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
33882 This expression is generally normalized before use.
33883 @end defun
33885 @defun extract-units expr
33886 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
33887 by ones.
33888 @end defun
33890 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
33891 @subsubsection I/O and Formatting Functions
33893 @noindent
33894 The functions described here are responsible for parsing and formatting
33895 Calc numbers and formulas.
33897 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
33898 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
33899 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
33900 @end defun
33902 @defun read-number str
33903 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
33904 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
33905 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
33906 @end defun
33908 @defun read-expr str
33909 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
33910 not have the form of a valid expression, return a list of the form
33911 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
33912 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
33913 a string describing the problem.@refill
33914 @end defun
33916 @defun read-exprs str
33917 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
33918 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
33919 shown above is returned instead.
33920 @end defun
33922 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
33923 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
33924 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
33925 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
33926 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
33927 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
33928 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
33929 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
33930 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
33931 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
33932 @code{calc-normalize} first.@refill
33934 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
33935 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
33936 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
33937 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
33938 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
33939 that actually appeared in the input.@refill
33940 @end defun
33942 @defun format-number a
33943 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
33944 @end defun
33946 @defun format-flat-expr a prec
33947 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
33948 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
33949 This is a simple format designed
33950 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
33951 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
33952 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
33953 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
33954 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
33955 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.@refill
33956 @end defun
33958 @defun format-nice-expr a width
33959 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
33960 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
33961 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
33962 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
33963 command uses this when only one stack entry is being edited.
33964 @end defun
33966 @defun format-value a width
33967 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
33968 format seen in the stack buffer.  Beware the string returned may
33969 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
33970 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
33971 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
33972 parameter, if given, is the target window size for which to format
33973 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
33974 window is used.@refill
33975 @end defun
33977 @defun compose-expr a prec
33978 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
33979 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
33980 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
33981 You can specify the format of a given type of function call by putting
33982 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
33983 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
33984 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
33985 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
33986 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
33987 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
33988 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
33989 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
33990 normal function-call notation for that language.
33991 @end defun
33993 @defun composition-to-string c w
33994 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
33995 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
33996 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
33997 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
33998 followed by @code{composition-to-string}.
33999 @end defun
34001 @defun comp-width c
34002 Compute the width in characters of composition @var{c}.
34003 @end defun
34005 @defun comp-height c
34006 Compute the height in lines of composition @var{c}.
34007 @end defun
34009 @defun comp-ascent c
34010 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
34011 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
34012 @end defun
34014 @defun comp-descent c
34015 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
34016 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
34017 @end defun
34019 @defun comp-first-char c
34020 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
34021 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
34022 return @code{nil}.@refill
34023 @end defun
34025 @defun comp-last-char c
34026 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
34027 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
34028 @end defun
34030 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
34031 @comment @subsubsection Lisp Variables
34032 @comment 
34033 @comment @noindent
34034 @comment (This section is currently unfinished.)
34036 @node Hooks, , Formatting Lisp Functions, Internals
34037 @subsubsection Hooks
34039 @noindent
34040 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
34041 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
34042 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
34043 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
34044 other customization-related variables are also described here.
34046 @defvar calc-load-hook
34047 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
34048 been loaded, before any functions in it have been called, but after
34049 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
34050 @end defvar
34052 @defvar calc-ext-load-hook
34053 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
34054 @end defvar
34056 @defvar calc-start-hook
34057 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
34058 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
34059 necessary, the Calc window and trail window have been created,
34060 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
34061 @end defvar
34063 @defvar calc-mode-hook
34064 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
34065 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
34066 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
34067 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
34068 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
34069 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
34070 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
34071 been evaluated yet.
34072 @end defvar
34074 @defvar calc-trail-mode-hook
34075 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
34076 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
34077 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
34078 per Emacs session.
34079 @end defvar
34081 @defvar calc-end-hook
34082 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
34083 presses @kbd{q} or @kbd{M-# c} while in Calc.  The Calc buffer will
34084 be the current buffer.  The hook is called as the very first
34085 step, before the Calc window is destroyed.
34086 @end defvar
34088 @defvar calc-window-hook
34089 If this hook exists, it is called to create the Calc window.
34090 Upon return, this new Calc window should be the current window.
34091 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
34092 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
34093 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
34094 and @code{select-window} to create the Calc window.
34095 @end defvar
34097 @defvar calc-trail-window-hook
34098 If this hook exists, it is called to create the Calc Trail window.
34099 The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
34100 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook},
34101 this hook must @emph{not} switch into the new window.
34102 @end defvar
34104 @defvar calc-edit-mode-hook
34105 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
34106 commands) when the temporary editing buffer is being created.
34107 The buffer will have been selected and set up to be in
34108 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
34109 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
34110 @code{calc-edit} command.)
34111 @end defvar
34113 @defvar calc-mode-save-hook
34114 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
34115 after Calc's own mode features have been inserted into the
34116 @file{.emacs} buffer and just before the ``End of mode settings''
34117 message is inserted.
34118 @end defvar
34120 @defvar calc-reset-hook
34121 This hook is called after @kbd{M-# 0} (@code{calc-reset}) has
34122 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
34123 @end defvar
34125 @defvar calc-other-modes
34126 This variable contains a list of strings.  The strings are
34127 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
34128 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
34129 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
34130 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
34131 @end defvar
34133 @defvar calc-mode-map
34134 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
34135 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
34136 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
34137 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
34138 which is a command that loads the extensions package and
34139 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
34140 one of these keys, it will probably be overridden when the
34141 extensions are loaded.
34142 @end defvar
34144 @defvar calc-digit-map
34145 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
34146 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
34147 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
34148 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
34149 @end defvar
34151 @defvar calc-alg-ent-map
34152 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
34153 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
34154 @end defvar
34156 @defvar calc-store-var-map
34157 This is the keymap that is used during entry of variable names for
34158 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
34159 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
34160 @end defvar
34162 @defvar calc-edit-mode-map
34163 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
34164 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
34165 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
34166 @end defvar
34168 @defvar calc-mode-var-list
34169 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
34170 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
34171 and its default value.  When modes are being saved, each variable
34172 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
34173 non-default variables are written out.
34174 @end defvar
34176 @defvar calc-local-var-list
34177 This is a list of variables which should be buffer-local to the
34178 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
34179 These variables also have their default values manipulated by
34180 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
34181 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
34182 used the first time, your hook should add a variable to the
34183 list and also call @code{make-local-variable} itself.
34184 @end defvar
34186 @node Installation, Reporting Bugs, Programming, Top
34187 @appendix Installation
34189 @noindent
34190 As of Calc 2.02g, Calc is integrated with GNU Emacs, and thus requires
34191 no separate installation of its Lisp files and this manual.
34193 @appendixsec The GNUPLOT Program
34195 @noindent
34196 Calc's graphing commands use the GNUPLOT program.  If you have GNUPLOT
34197 but you must type some command other than @file{gnuplot} to get it,
34198 you should add a command to set the Lisp variable @code{calc-gnuplot-name}
34199 to the appropriate file name.  You may also need to change the variables
34200 @code{calc-gnuplot-plot-command} and @code{calc-gnuplot-print-command} in
34201 order to get correct displays and hardcopies, respectively, of your
34202 plots.@refill
34204 @ifinfo
34205 @example
34207 @end example
34208 @end ifinfo
34209 @appendixsec Printed Documentation
34211 @noindent
34212 Because the Calc manual is so large, you should only make a printed
34213 copy if you really need it.  To print the manual, you will need the
34214 @TeX{} typesetting program (this is a free program by Donald Knuth
34215 at Stanford University) as well as the @file{texindex} program and
34216 @file{texinfo.tex} file, both of which can be obtained from the FSF
34217 as part of the @code{texinfo} package.@refill
34219 To print the Calc manual in one huge 470 page tome, you will need the
34220 source code to this manual, @file{calc.texi}, available as part of the
34221 Emacs source.  Once you have this file, type @kbd{texi2dvi calc.texi}.
34222 Alternatively, change to the @file{man} subdirectory of the Emacs
34223 source distribution, and type @kbd{make calc.dvi}. (Don't worry if you
34224 get some ``overfull box'' warnings while @TeX{} runs.)
34226 The result will be a device-independent output file called
34227 @file{calc.dvi}, which you must print in whatever way is right
34228 for your system.  On many systems, the command is
34230 @example
34231 lpr -d calc.dvi
34232 @end example
34234 @noindent
34237 @example
34238 dvips calc.dvi
34239 @end example
34241 @c the bumpoddpages macro was deleted
34242 @ignore
34243 @cindex Marginal notes, adjusting
34244 Marginal notes for each function and key sequence normally alternate
34245 between the left and right sides of the page, which is correct if the
34246 manual is going to be bound as double-sided pages.  Near the top of
34247 the file @file{calc.texi} you will find alternate definitions of
34248 the @code{\bumpoddpages} macro that put the marginal notes always on
34249 the same side, best if you plan to be binding single-sided pages.
34250 @end ignore
34252 @appendixsec Settings File
34254 @noindent
34255 @vindex calc-settings-file
34256 Another variable you might want to set is @code{calc-settings-file},
34257 which holds the file name in which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P}
34258 store ``permanent'' definitions.  The default value for this variable
34259 is @code{"~/.emacs"}.  If @code{calc-settings-file} does not contain
34260 @code{".emacs"} as a substring, and if the variable
34261 @code{calc-loaded-settings-file} is @code{nil}, then Calc will
34262 automatically load your settings file (if it exists) the first time
34263 Calc is invoked.@refill
34265 @ifinfo
34266 @example
34268 @end example
34269 @end ifinfo
34270 @appendixsec Testing the Installation
34272 @noindent
34273 To test your installation of Calc, start a new Emacs and type @kbd{M-# c}
34274 to make sure the autoloads and key bindings work.  Type @kbd{M-# i}
34275 to make sure Calc can find its Info documentation.  Press @kbd{q} to
34276 exit the Info system and @kbd{M-# c} to re-enter the Calculator.
34277 Type @kbd{20 S} to compute the sine of 20 degrees; this will test the
34278 autoloading of the extensions modules.  The result should be
34279 0.342020143326.  Finally, press @kbd{M-# c} again to make sure the
34280 Calculator can exit.
34282 You may also wish to test the GNUPLOT interface; to plot a sine wave,
34283 type @kbd{' [0 ..@: 360], sin(x) @key{RET} g f}.  Type @kbd{g q} when you
34284 are done viewing the plot.
34286 Calc is now ready to use.  If you wish to go through the Calc Tutorial,
34287 press @kbd{M-# t} to begin.
34288 @example
34290 @end example
34291 @node Reporting Bugs, Summary, Installation, Top
34292 @appendix Reporting Bugs
34294 @noindent
34295 If you find a bug in Calc, send e-mail to Colin Walters,
34297 @example
34298 walters@@debian.org           @r{or}
34299 walters@@verbum.org
34300 @end example
34302 @noindent
34303 (In the following text, ``I'' refers to the original Calc author, Dave
34304 Gillespie).
34306 While I cannot guarantee that I will have time to work on your bug,
34307 I do try to fix bugs quickly whenever I can.
34309 The latest version of Calc is available from Savannah, in the Emacs
34310 CVS tree.  See @uref{http://savannah.gnu.org/projects/emacs}.
34312 There is an automatic command @kbd{M-x report-calc-bug} which helps
34313 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
34314 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
34315 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
34316 reporting a Calc bug; this command sends mail to the maintainer's
34317 regular mailbox.
34319 If you have suggestions for additional features for Calc, I would
34320 love to hear them.  Some have dared to suggest that Calc is already
34321 top-heavy with features; I really don't see what they're talking
34322 about, so, if you have ideas, send them right in.  (I may even have
34323 time to implement them!)
34325 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
34326 future work which I have not had time to do.  If any enthusiastic souls
34327 wish to take it upon themselves to work on these, I would be delighted.
34328 Please let me know if you plan to contribute to Calc so I can coordinate
34329 your efforts with mine and those of others.  I will do my best to help
34330 you in whatever way I can.
34332 @c [summary]
34333 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
34334 @appendix Calc Summary
34336 @noindent
34337 This section includes a complete list of Calc 2.02 keystroke commands.
34338 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
34339 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
34340 and the result of the command (also with top-of-stack last).
34341 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
34342 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
34343 command name in that position.  Numbers preceding the result or
34344 command name refer to notes at the end.
34346 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
34347 keystrokes are not listed in this summary.
34348 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
34350 @iftex
34351 @begingroup
34352 @tex
34353 \vskip-2\baselineskip \null
34354 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
34355 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
34356 \leavevmode%
34357 {\smallfonts
34358 \hbox to5em{\sl\hss#1}%
34359 \hbox to5em{\tt#2\hss}%
34360 \hbox to4em{\sl#3\hss}%
34361 \hbox to5em{\rm\hss#4}%
34362 \thinspace%
34363 {\tt#5}%
34364 {\sl#6}%
34366 \gdef\sumlpar{{\rm(}}%
34367 \gdef\sumrpar{{\rm)}}%
34368 \gdef\sumcomma{{\rm,\thinspace}}%
34369 \gdef\sumexcl{{\rm!}}%
34370 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
34371 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
34372 @end tex
34373 @let@:=@sumsep
34374 @let@r=@sumrow
34375 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
34376 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
34377 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
34378 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
34379 @end iftex
34380 @format
34381 @iftex
34382 @advance@baselineskip-2.5pt
34383 @let@c@sumbreak
34384 @end iftex
34385 @r{       @:     M-# a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
34386 @r{       @:     M-# b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
34387 @r{       @:     M-# c  @:             @:        @:calc@:}
34388 @r{       @:     M-# d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
34389 @r{       @:     M-# e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
34390 @r{       @:     M-# f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
34391 @r{       @:     M-# g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
34392 @r{       @:     M-# i  @:             @:        @:calc-info@:}
34393 @r{       @:     M-# j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
34394 @r{       @:     M-# k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
34395 @r{       @:     M-# l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
34396 @r{       @:     M-# m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
34397 @r{       @:     M-# n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
34398 @r{       @:     M-# o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
34399 @r{       @:     M-# p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
34400 @r{       @:     M-# q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
34401 @r{       @:     M-# r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
34402 @r{       @:     M-# s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
34403 @r{       @:     M-# t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
34404 @r{       @:     M-# u  @:             @:        @:calc-embedded-update@:}
34405 @r{       @:     M-# w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
34406 @r{       @:     M-# x  @:             @:        @:calc-quit@:}
34407 @r{       @:     M-# y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
34408 @r{       @:     M-# z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
34409 @r{       @:     M-# :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
34410 @r{       @:     M-# _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
34411 @r{       @:     M-# `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
34412 @r{       @:     M-# 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
34414 @c 
34415 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
34416 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
34417 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
34418 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
34419 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@t{#}number}
34420 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
34421 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
34422 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
34423 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
34425 @c 
34426 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
34427 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
34428 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
34430 @c 
34431 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
34432 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
34433 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
34434 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
34435 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
34436 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
34437 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
34438 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
34439 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
34440 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
34441 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
34442 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
34443 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
34444 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
34445 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
34446 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
34447 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
34449 @c 
34450 @r{  ... a@:      @key{RET}   @:             @:     1  @:@:... a a}
34451 @r{  ... a@:      @key{SPC}   @:             @:     1  @:@:... a a}
34452 @r{... a b@:      @key{TAB}   @:             @:     3  @:@:... b a}
34453 @r{. a b c@:      M-@key{TAB} @:             @:     3  @:@:... b c a}
34454 @r{... a b@:      @key{LFD}   @:             @:     1  @:@:... a b a}
34455 @r{  ... a@:      @key{DEL}   @:             @:     1  @:@:...}
34456 @r{... a b@:      M-@key{DEL} @:             @:     1  @:@:... b}
34457 @r{       @:      M-@key{RET} @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
34458 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
34460 @c 
34461 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
34462 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
34463 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
34464 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
34465 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
34466 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
34467 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
34469 @c 
34470 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
34471 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
34472 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
34473 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
34474 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
34475 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
34476 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
34478 @c 
34479 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
34480 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
34481 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
34482 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
34483 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
34484 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
34486 @c 
34487 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
34488 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
34489 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
34490 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
34491 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
34492 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
34493 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
34495 @c 
34496 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
34497 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
34498 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
34499 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
34500 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
34501 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
34502 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
34503 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
34504 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
34505 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
34506 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
34507 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
34508 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
34509 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
34510 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
34511 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
34512 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
34513 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
34514 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
34515 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
34516 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
34517 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
34518 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
34519 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
34520 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
34521 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
34522 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
34523 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
34524 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
34525 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
34526 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
34527 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
34528 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
34529 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
34530 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
34531 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
34532 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
34533 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
34534 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
34535 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
34536 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
34537 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
34538 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
34539 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
34541 @c 
34542 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
34543 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
34544 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
34545 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
34546 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
34547 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
34548 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
34549 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
34550 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
34551 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
34552 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
34553 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
34554 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
34556 @c 
34557 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
34558 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
34559 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
34560 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
34562 @c 
34563 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
34564 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
34565 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
34566 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
34568 @c 
34569 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
34570 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
34571 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
34572 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
34573 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
34574 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
34575 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
34576 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
34577 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
34578 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
34579 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
34580 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
34581 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
34582 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
34583 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
34584 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
34585 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
34586 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
34587 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
34588 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
34590 @c 
34591 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
34592 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
34593 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
34594 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
34595 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
34596 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
34597 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
34598 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
34599 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
34600 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
34601 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
34602 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
34603 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
34604 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
34605 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
34606 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
34607 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
34608 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
34609 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
34611 @c 
34612 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
34613 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
34614 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
34615 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
34616 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
34617 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
34618 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
34619 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
34620 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
34621 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
34622 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
34623 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
34624 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
34625 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
34626 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
34628 @c 
34629 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
34630 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
34631 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
34632 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
34633 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
34634 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
34635 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
34636 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
34637 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
34638 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
34639 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
34640 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
34641 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
34642 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
34643 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
34644 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
34645 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
34646 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
34647 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
34648 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
34649 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
34650 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
34651 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
34653 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
34654 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
34655 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
34656 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
34658 @c 
34659 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
34660 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
34661 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
34662 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
34663 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
34664 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
34665 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
34666 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
34667 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
34668 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
34669 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
34671 @c 
34672 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
34673 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
34675 @c 
34676 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
34678 @c 
34679 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
34680 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
34681 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
34682 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
34683 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
34684 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
34685 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
34686 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
34687 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
34688 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
34689 @r{       @:      d @key{SPC} @:             @:        @:calc-refresh@:}
34690 @r{       @:      d @key{RET} @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
34692 @c 
34693 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
34694 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
34695 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
34696 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
34698 @c 
34699 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
34700 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
34701 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
34702 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
34703 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
34704 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
34705 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
34706 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
34707 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
34708 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
34709 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
34710 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
34711 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
34712 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
34713 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
34714 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
34715 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
34716 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
34718 @c 
34719 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
34720 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
34721 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
34722 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
34723 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
34724 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
34725 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
34726 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
34727 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
34728 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
34729 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
34731 @c 
34732 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
34733 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
34735 @c 
34736 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
34737 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
34738 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
34739 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
34740 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
34741 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
34742 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
34743 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
34744 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
34745 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
34746 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
34747 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
34749 @c 
34750 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
34751 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
34752 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
34753 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
34754 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
34755 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
34756 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
34757 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
34758 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
34759 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
34760 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
34761 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
34762 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
34763 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
34764 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
34765 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
34766 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
34768 @c 
34769 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
34770 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
34771 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
34772 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
34773 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
34774 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
34775 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
34776 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
34777 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
34778 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
34779 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
34780 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
34781 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
34782 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
34783 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
34784 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
34785 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
34786 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
34787 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
34789 @c 
34790 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
34791 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
34792 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
34793 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
34794 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
34795 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
34796 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
34797 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
34798 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
34799 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
34800 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
34801 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
34802 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
34803 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
34804 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
34805 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
34807 @c 
34808 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
34809 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
34810 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
34812 @c 
34813 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
34814 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
34815 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
34816 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
34817 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
34818 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
34819 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
34820 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
34821 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
34822 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
34824 @c 
34825 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
34826 @r{       @:      j @key{RET} @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
34827 @r{       @:      j @key{DEL} @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
34828 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
34829 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
34830 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
34832 @c 
34833 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
34834 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
34835 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
34836 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
34837 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
34839 @c 
34840 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
34841 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
34842 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
34843 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
34844 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
34845 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
34846 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
34847 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
34848 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
34849 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
34850 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
34851 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
34852 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
34853 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
34855 @c 
34856 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
34857 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
34858 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
34859 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
34860 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
34861 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
34862 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
34863 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
34864 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
34865 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
34866 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
34867 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
34869 @c 
34870 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
34871 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
34872 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
34873 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
34874 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
34875 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
34876 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
34877 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
34878 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
34879 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
34880 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
34881 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
34882 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
34883 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
34884 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
34885 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
34886 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
34887 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
34888 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
34889 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
34891 @c 
34892 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
34893 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
34894 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
34895 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
34896 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
34897 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
34898 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
34899 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
34900 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
34901 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
34902 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
34903 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
34904 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
34906 @c 
34907 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
34908 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
34909 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
34910 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
34911 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
34912 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
34913 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
34914 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
34915 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
34916 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
34917 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
34918 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
34919 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
34920 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
34922 @c 
34923 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
34924 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
34925 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
34926 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
34927 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
34928 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
34929 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
34930 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
34931 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
34932 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
34933 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
34935 @c 
34936 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
34937 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
34938 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
34939 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
34940 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
34941 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
34942 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
34943 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
34944 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
34945 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
34946 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
34947 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
34948 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
34949 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
34950 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
34951 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
34953 @c 
34954 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
34955 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
34956 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
34957 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
34958 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
34959 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
34960 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
34961 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
34962 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
34963 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
34964 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
34965 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
34966 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
34968 @c 
34969 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
34970 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
34971 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
34972 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
34973 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
34974 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
34975 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
34976 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
34977 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
34978 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @t{:=} b}
34979 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @t{=>}}
34981 @c 
34982 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
34983 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
34984 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
34985 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
34986 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
34988 @c 
34989 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
34990 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
34991 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
34992 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
34993 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
34994 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
34995 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
34996 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
34997 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
34998 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
34999 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
35000 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
35001 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
35003 @c 
35004 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35005 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35006 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
35007 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
35008 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
35009 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
35010 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
35011 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
35012 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
35013 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
35014 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
35015 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
35016 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
35017 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
35018 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
35019 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
35020 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
35021 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
35022 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
35024 @c 
35025 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
35026 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
35028 @c 
35029 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
35030 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
35031 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
35032 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
35033 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
35034 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
35035 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
35036 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
35037 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
35038 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
35039 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
35040 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
35041 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
35042 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
35044 @c 
35045 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
35046 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
35047 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
35048 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
35049 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
35050 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
35051 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
35052 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
35053 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
35054 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
35055 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
35056 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
35057 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
35058 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
35059 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
35060 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
35062 @c 
35063 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
35064 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
35065 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
35067 @c 
35068 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
35069 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
35070 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
35071 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
35072 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
35073 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
35074 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
35075 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
35076 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
35077 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
35079 @c 
35080 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
35081 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
35082 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
35083 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
35084 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
35085 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
35087 @c 
35088 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
35090 @c 
35091 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
35092 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
35093 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
35094 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
35095 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35096 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
35097 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
35098 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
35099 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
35100 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
35101 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
35102 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
35103 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
35104 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
35105 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
35106 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
35107 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
35108 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
35109 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
35110 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
35111 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
35112 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
35113 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
35114 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
35115 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35116 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
35117 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
35118 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
35119 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
35120 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
35121 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
35122 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
35124 @c 
35125 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
35126 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
35127 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
35128 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
35129 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
35130 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
35131 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
35132 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
35133 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
35134 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
35135 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
35136 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
35137 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
35138 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
35139 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
35140 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
35141 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
35142 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
35143 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
35144 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
35145 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
35146 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
35147 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
35148 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
35149 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
35150 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
35151 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
35152 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
35154 @c 
35155 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
35157 @c 
35158 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
35160 @c 
35161 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
35162 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
35163 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
35164 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
35166 @c 
35167 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
35168 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
35169 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
35170 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
35171 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
35172 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
35173 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
35175 @c 
35176 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
35178 @c 
35179 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
35180 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
35181 @r{      a@:      Z =   @:message      @:    28  @:calc-kbd-report@:}
35182 @r{       @:      Z #   @:prompt       @:        @:calc-kbd-query@:}
35184 @c 
35185 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
35186 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
35187 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
35188 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
35189 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
35190 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
35191 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
35192 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
35193 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
35194 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
35195 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
35197 @end format
35199 @noindent
35200 NOTES
35202 @enumerate
35203 @c 1
35204 @item
35205 Positive prefix arguments apply to @cite{n} stack entries.
35206 Negative prefix arguments apply to the @cite{-n}th stack entry.
35207 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
35208 @kbd{M-@key{DEL}}, the meaning of the sign is reversed.)
35210 @c 2
35211 @item
35212 Positive prefix arguments apply to @cite{n} stack entries.
35213 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
35214 and the next @cite{-n} stack entries.
35216 @c 3
35217 @item
35218 Positive prefix arguments rotate top @cite{n} stack entries by one.
35219 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @cite{-n}.
35220 A prefix of zero reverses the entire stack.
35222 @c 4
35223 @item
35224 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
35226 @c 5
35227 @item
35228 Positive prefix arguments specify a precision @cite{p}.
35229 Negative prefix arguments reduce the current precision by @cite{-p}.
35231 @c 6
35232 @item
35233 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
35234 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
35236 @c 7
35237 @item
35238 A prefix argument specifies simplification level and depth.
35239 1=Default, 2=like @kbd{a s}, 3=like @kbd{a e}.
35241 @c 8
35242 @item
35243 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
35245 @c 9
35246 @item
35247 Positive prefix arguments specify a word size of @cite{w} bits, unsigned.
35248 Negative prefix arguments specify a word size of @cite{w} bits, signed.
35250 @c 10
35251 @item
35252 Prefix arguments specify the shift amount @cite{n}.  The @cite{w} argument
35253 cannot be specified in the keyboard version of this command.
35255 @c 11
35256 @item
35257 From the keyboard, @cite{d} is omitted and defaults to zero.
35259 @c 12
35260 @item
35261 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
35262 prefix always clears the mode.
35264 @c 13
35265 @item
35266 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
35268 @c 14
35269 @item
35270 A prefix argument, if any, is used for @cite{m} instead of taking
35271 @cite{m} from the stack.  @cite{M} may take any of these values:
35272 @iftex
35273 {@advance@tableindent10pt
35274 @end iftex
35275 @table @asis
35276 @item Integer
35277 Random integer in the interval @cite{[0 .. m)}.
35278 @item Float
35279 Random floating-point number in the interval @cite{[0 .. m)}.
35280 @item 0.0
35281 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
35282 @item Error form
35283 Gaussian with specified mean and standard deviation.
35284 @item Interval
35285 Random integer or floating-point number in that interval.
35286 @item Vector
35287 Random element from the vector.
35288 @end table
35289 @iftex
35291 @end iftex
35293 @c 15
35294 @item
35295 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
35296 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
35298 @c 16
35299 @item
35300 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
35301 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
35303 @c 17
35304 @item
35305 A prefix argument specifies a day number (0-6, 0-31, or 0-366).
35307 @c 18
35308 @item
35309 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
35310 the new units.
35312 @c 19
35313 @item
35314 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
35315 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
35317 @c 20
35318 @item
35319 With a prefix argument of 1, take a single @c{$@var{n}\times2$}
35320 @i{@var{N}x2} matrix from the
35321 stack instead of two separate data vectors.
35323 @c 21
35324 @item
35325 The row or column number @cite{n} may be given as a numeric prefix
35326 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @cite{n}
35327 from the top of the stack.  If @cite{n} is a vector or interval,
35328 a subvector/submatrix of the input is created.
35330 @c 22
35331 @item
35332 The @cite{op} prompt can be answered with the key sequence for the
35333 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
35334 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
35335 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
35336 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
35337 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
35338 last argument of the created function), or otherwise you will be
35339 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
35340 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
35342 @c 23
35343 @item
35344 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
35345 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
35346 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
35347 entering @cite{op}; these modify the function name by adding the letter
35348 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
35349 or @code{d} for ``down.''
35351 @c 24
35352 @item
35353 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
35354 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
35355 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
35356 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
35357 may be an integer or a vector of integers.
35358 @iftex
35359 {@advance@tableindent-20pt
35360 @end iftex
35361 @table @cite
35362 @item -1
35363 (@var{2})  Rectangular complex number.
35364 @item -2
35365 (@var{2})  Polar complex number.
35366 @item -3
35367 (@var{3})  HMS form.
35368 @item -4
35369 (@var{2})  Error form.
35370 @item -5
35371 (@var{2})  Modulo form.
35372 @item -6
35373 (@var{2})  Closed interval.
35374 @item -7
35375 (@var{2})  Closed .. open interval.
35376 @item -8
35377 (@var{2})  Open .. closed interval.
35378 @item -9
35379 (@var{2})  Open interval.
35380 @item -10
35381 (@var{2})  Fraction.
35382 @item -11
35383 (@var{2})  Float with integer mantissa.
35384 @item -12
35385 (@var{2})  Float with mantissa in @cite{[1 .. 10)}.
35386 @item -13
35387 (@var{1})  Date form (using date numbers).
35388 @item -14
35389 (@var{3})  Date form (using year, month, day).
35390 @item -15
35391 (@var{6})  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
35392 @end table
35393 @iftex
35395 @end iftex
35397 @c 25
35398 @item
35399 A prefix argument specifies the size @cite{n} of the matrix.  With no
35400 prefix argument, @cite{n} is omitted and the size is inferred from
35401 the input vector.
35403 @c 26
35404 @item
35405 The prefix argument specifies the starting position @cite{n} (default 1).
35407 @c 27
35408 @item
35409 Cursor position within stack buffer affects this command.
35411 @c 28
35412 @item
35413 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
35415 @c 29
35416 @item
35417 Variable name may be a single digit or a full name.
35419 @c 30
35420 @item
35421 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{M-# M-#} (or @kbd{C-c C-c},
35422 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or press
35423 @kbd{M-# x} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
35424 of the result of the edit.
35426 @c 31
35427 @item
35428 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
35430 @c 32
35431 @item
35432 Press this key a second time to cancel the prefix.
35434 @c 33
35435 @item
35436 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
35437 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
35439 @c 34
35440 @item
35441 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
35442 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
35443 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
35444 backward by that many lines.
35446 @c 35
35447 @item
35448 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
35449 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
35450 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
35451 region between point and mark as a single formula.
35453 @c 36
35454 @item
35455 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
35456 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
35457 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
35458 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
35460 @c 37
35461 @item
35462 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
35464 @c 38
35465 @item
35466 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
35467 later prompts by popping additional stack entries.
35469 @c 39
35470 @item
35471 Answer for @cite{v} may also be of the form @cite{v = v_0} or
35472 @cite{v - v_0}.
35474 @c 40
35475 @item
35476 With a positive prefix argument, stack contains many @cite{y}'s and one
35477 common @cite{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
35478 @cite{y}s and a common @cite{x}.  With a negative prefix, stack
35479 contains many @cite{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
35480 @cite{z} for @cite{y} and @cite{x,y} for @cite{x}.)
35482 @c 41
35483 @item
35484 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
35486 @c 42
35487 @item
35488 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
35489 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
35491 @c 43
35492 @item
35493 With any prefix argument, set the default value instead of the
35494 value for this graph.
35496 @c 44
35497 @item
35498 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
35500 @c 45
35501 @item
35502 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
35503 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
35504 otherwise.
35506 @c 46
35507 @item
35508 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
35509 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
35510 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
35511 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
35512 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
35513 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
35514 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
35515 to evaluate variables.@refill
35517 @c 47
35518 @item
35519 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
35520 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
35521 assigns @c{$x \coloneq a-x$}
35522 @cite{x := a-x}.
35524 @c 48
35525 @item
35526 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
35527 variables prompt with @cite{iv} or @cite{iv;pv} to specify
35528 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
35529 takes @i{@var{n}+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
35530 and a vector from the stack.
35532 @c 49
35533 @item
35534 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
35535 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
35537 @c 50
35538 @item
35539 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
35540 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
35541 entry, then restores the original setting of the mode.
35543 @c 51
35544 @item
35545 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
35546 default 2D resolution.
35548 @c 52
35549 @item
35550 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
35551 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
35552 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
35553 grabs the @var{n}th mode value only.
35554 @end enumerate
35556 @iftex
35557 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
35558 @page
35559 @endgroup
35560 @end iftex
35563 @c [end-summary]
35565 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
35566 @unnumbered Index of Key Sequences
35568 @printindex ky
35570 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
35571 @unnumbered Index of Calculator Commands
35573 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
35574 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
35575 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
35576 @kbd{M-x calc-last-args}.
35578 @printindex pg
35580 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
35581 @unnumbered Index of Algebraic Functions
35583 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
35584 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
35585 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
35586 @iftex
35587 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
35588 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
35589 @end iftex
35591 @printindex tp
35593 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
35594 @unnumbered Concept Index
35596 @printindex cp
35598 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
35599 @unnumbered Index of Variables
35601 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
35602 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
35603 corresponding Lisp variable.
35605 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
35606 in your @file{.emacs} file.
35608 @printindex vr
35610 @node Lisp Function Index, , Variable Index, Top
35611 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
35613 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
35614 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
35615 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
35616 @samp{math-}.
35618 @printindex fn
35620 @summarycontents
35622 @c [end]
35624 @contents
35625 @bye