(vc-annotate): Jump to line and output message only after the
[emacs.git] / man / calc.texi
blob9436e79ef0f8d44d7dc3a0fab65aee6ded8bf250
1 \input texinfo                  @c -*-texinfo-*-
2 @comment %**start of header (This is for running Texinfo on a region.)
3 @c smallbook
4 @setfilename ../info/calc
5 @c [title]
6 @settitle GNU Emacs Calc 2.1 Manual
7 @setchapternewpage odd
8 @comment %**end of header (This is for running Texinfo on a region.)
10 @c The following macros are used for conditional output for single lines.
11 @c @texline foo
12 @c    `foo' will appear only in TeX output
13 @c @infoline foo
14 @c    `foo' will appear only in non-TeX output
16 @c @expr{expr} will typeset an expression;
17 @c $x$ in TeX, @samp{x} otherwise.
19 @iftex
20 @macro texline
21 @end macro
22 @alias infoline=comment
23 @alias expr=math
24 @alias tfn=code
25 @alias mathit=expr
26 @macro cpi{}
27 @math{@pi{}}
28 @end macro
29 @macro cpiover{den}
30 @math{@pi/\den\}
31 @end macro
32 @end iftex
34 @ifnottex
35 @alias texline=comment
36 @macro infoline{stuff}
37 \stuff\
38 @end macro
39 @alias expr=samp
40 @alias tfn=t
41 @alias mathit=i
42 @macro cpi{}
43 @expr{pi}
44 @end macro
45 @macro cpiover{den}
46 @expr{pi/\den\}
47 @end macro
48 @end ifnottex
51 @tex
52 % Suggested by Karl Berry <karl@@freefriends.org>
53 \gdef\!{\mskip-\thinmuskip}
54 @end tex
56 @c Fix some other things specifically for this manual.
57 @iftex
58 @finalout
59 @mathcode`@:=`@:  @c Make Calc fractions come out right in math mode
60 @tex
61 \gdef\coloneq{\mathrel{\mathord:\mathord=}}
63 \gdef\beforedisplay{\vskip-10pt}
64 \gdef\afterdisplay{\vskip-5pt}
65 \gdef\beforedisplayh{\vskip-25pt}
66 \gdef\afterdisplayh{\vskip-10pt}
67 @end tex
68 @newdimen@kyvpos @kyvpos=0pt
69 @newdimen@kyhpos @kyhpos=0pt
70 @newcount@calcclubpenalty @calcclubpenalty=1000
71 @ignore
72 @newcount@calcpageno
73 @newtoks@calcoldeverypar @calcoldeverypar=@everypar
74 @everypar={@calceverypar@the@calcoldeverypar}
75 @ifx@turnoffactive@undefinedzzz@def@turnoffactive{}@fi
76 @ifx@ninett@undefinedzzz@font@ninett=cmtt9@fi
77 @catcode`@\=0 \catcode`\@=11
78 \r@ggedbottomtrue
79 \catcode`\@=0 @catcode`@\=@active
80 @end ignore
81 @end iftex
83 @copying
84 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator.
86 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002, 2003, 2004,
87 2005, 2006, 2007 Free Software Foundation, Inc.
89 @quotation
90 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
91 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or
92 any later version published by the Free Software Foundation; with the
93 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
94 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
95 Texts as in (a) below.  A copy of the license is included in the section
96 entitled ``GNU Free Documentation License.''
98 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have freedom to copy and modify
99 this GNU Manual, like GNU software.  Copies published by the Free
100 Software Foundation raise funds for GNU development.''
101 @end quotation
102 @end copying
104 @dircategory Emacs
105 @direntry
106 * Calc: (calc).         Advanced desk calculator and mathematical tool.
107 @end direntry
109 @titlepage
110 @sp 6
111 @center @titlefont{Calc Manual}
112 @sp 4
113 @center GNU Emacs Calc Version 2.1
114 @c [volume]
115 @sp 5
116 @center Dave Gillespie
117 @center daveg@@synaptics.com
118 @page
120 @vskip 0pt plus 1filll
121 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002, 2003, 2004,
122    2005, 2006, 2007 Free Software Foundation, Inc.
123 @insertcopying
124 @end titlepage
126 @c [begin]
127 @ifnottex
128 @node Top, Getting Started, (dir), (dir)
129 @chapter The GNU Emacs Calculator
131 @noindent
132 @dfn{Calc} is an advanced desk calculator and mathematical tool
133 written by Dave Gillespie that runs as part of the GNU Emacs environment.
135 This manual, also written (mostly) by Dave Gillespie, is divided into
136 three major parts: ``Getting Started,'' the ``Calc Tutorial,'' and the
137 ``Calc Reference.''  The Tutorial introduces all the major aspects of
138 Calculator use in an easy, hands-on way.  The remainder of the manual is
139 a complete reference to the features of the Calculator.
140 @end ifnottex
142 @ifinfo
143 For help in the Emacs Info system (which you are using to read this
144 file), type @kbd{?}.  (You can also type @kbd{h} to run through a
145 longer Info tutorial.)
146 @end ifinfo
148 @menu
149 * Getting Started::       General description and overview.
150 @ifinfo
151 * Interactive Tutorial::
152 @end ifinfo
153 * Tutorial::              A step-by-step introduction for beginners.
155 * Introduction::          Introduction to the Calc reference manual.
156 * Data Types::            Types of objects manipulated by Calc.
157 * Stack and Trail::       Manipulating the stack and trail buffers.
158 * Mode Settings::         Adjusting display format and other modes.
159 * Arithmetic::            Basic arithmetic functions.
160 * Scientific Functions::  Transcendentals and other scientific functions.
161 * Matrix Functions::      Operations on vectors and matrices.
162 * Algebra::               Manipulating expressions algebraically.
163 * Units::                 Operations on numbers with units.
164 * Store and Recall::      Storing and recalling variables.
165 * Graphics::              Commands for making graphs of data.
166 * Kill and Yank::         Moving data into and out of Calc.
167 * Keypad Mode::           Operating Calc from a keypad.
168 * Embedded Mode::         Working with formulas embedded in a file.
169 * Programming::           Calc as a programmable calculator.
171 * Copying::               How you can copy and share Calc.
172 * GNU Free Documentation License:: The license for this documentation.
173 * Customizing Calc::      Customizing Calc.
174 * Reporting Bugs::        How to report bugs and make suggestions.
176 * Summary::               Summary of Calc commands and functions.
178 * Key Index::             The standard Calc key sequences.
179 * Command Index::         The interactive Calc commands.
180 * Function Index::        Functions (in algebraic formulas).
181 * Concept Index::         General concepts.
182 * Variable Index::        Variables used by Calc (both user and internal).
183 * Lisp Function Index::   Internal Lisp math functions.
184 @end menu
186 @ifinfo
187 @node Getting Started, Interactive Tutorial, Top, Top
188 @end ifinfo
189 @ifnotinfo
190 @node Getting Started, Tutorial, Top, Top
191 @end ifnotinfo
192 @chapter Getting Started
193 @noindent
194 This chapter provides a general overview of Calc, the GNU Emacs
195 Calculator:  What it is, how to start it and how to exit from it,
196 and what are the various ways that it can be used.
198 @menu
199 * What is Calc::
200 * About This Manual::
201 * Notations Used in This Manual::
202 * Demonstration of Calc::
203 * Using Calc::
204 * History and Acknowledgements::
205 @end menu
207 @node What is Calc, About This Manual, Getting Started, Getting Started
208 @section What is Calc?
210 @noindent
211 @dfn{Calc} is an advanced calculator and mathematical tool that runs as
212 part of the GNU Emacs environment.  Very roughly based on the HP-28/48
213 series of calculators, its many features include:
215 @itemize @bullet
216 @item
217 Choice of algebraic or RPN (stack-based) entry of calculations.
219 @item
220 Arbitrary precision integers and floating-point numbers.
222 @item
223 Arithmetic on rational numbers, complex numbers (rectangular and polar),
224 error forms with standard deviations, open and closed intervals, vectors
225 and matrices, dates and times, infinities, sets, quantities with units,
226 and algebraic formulas.
228 @item
229 Mathematical operations such as logarithms and trigonometric functions.
231 @item
232 Programmer's features (bitwise operations, non-decimal numbers).
234 @item
235 Financial functions such as future value and internal rate of return.
237 @item
238 Number theoretical features such as prime factorization and arithmetic
239 modulo @var{m} for any @var{m}.
241 @item
242 Algebraic manipulation features, including symbolic calculus.
244 @item
245 Moving data to and from regular editing buffers.
247 @item
248 Embedded mode for manipulating Calc formulas and data directly
249 inside any editing buffer.
251 @item
252 Graphics using GNUPLOT, a versatile (and free) plotting program.
254 @item
255 Easy programming using keyboard macros, algebraic formulas,
256 algebraic rewrite rules, or extended Emacs Lisp.
257 @end itemize
259 Calc tries to include a little something for everyone; as a result it is
260 large and might be intimidating to the first-time user.  If you plan to
261 use Calc only as a traditional desk calculator, all you really need to
262 read is the ``Getting Started'' chapter of this manual and possibly the
263 first few sections of the tutorial.  As you become more comfortable with
264 the program you can learn its additional features.  Calc does not
265 have the scope and depth of a fully-functional symbolic math package,
266 but Calc has the advantages of convenience, portability, and freedom.
268 @node About This Manual, Notations Used in This Manual, What is Calc, Getting Started
269 @section About This Manual
271 @noindent
272 This document serves as a complete description of the GNU Emacs
273 Calculator.  It works both as an introduction for novices, and as
274 a reference for experienced users.  While it helps to have some
275 experience with GNU Emacs in order to get the most out of Calc,
276 this manual ought to be readable even if you don't know or use Emacs
277 regularly.
279 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
280 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
281 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
282 @c [when-split]
283 @c This manual has been printed in two volumes, the @dfn{Tutorial} and the
284 @c @dfn{Reference}.  Both volumes include a copy of the ``Getting Started''
285 @c chapter.
287 If you are in a hurry to use Calc, there is a brief ``demonstration''
288 below which illustrates the major features of Calc in just a couple of
289 pages.  If you don't have time to go through the full tutorial, this
290 will show you everything you need to know to begin.
291 @xref{Demonstration of Calc}.
293 The tutorial chapter walks you through the various parts of Calc
294 with lots of hands-on examples and explanations.  If you are new
295 to Calc and you have some time, try going through at least the
296 beginning of the tutorial.  The tutorial includes about 70 exercises
297 with answers.  These exercises give you some guided practice with
298 Calc, as well as pointing out some interesting and unusual ways
299 to use its features.
301 The reference section discusses Calc in complete depth.  You can read
302 the reference from start to finish if you want to learn every aspect
303 of Calc.  Or, you can look in the table of contents or the Concept
304 Index to find the parts of the manual that discuss the things you
305 need to know.
307 @cindex Marginal notes
308 Every Calc keyboard command is listed in the Calc Summary, and also
309 in the Key Index.  Algebraic functions, @kbd{M-x} commands, and
310 variables also have their own indices.  
311 @texline Each
312 @infoline In the printed manual, each
313 paragraph that is referenced in the Key or Function Index is marked
314 in the margin with its index entry.
316 @c [fix-ref Help Commands]
317 You can access this manual on-line at any time within Calc by
318 pressing the @kbd{h i} key sequence.  Outside of the Calc window,
319 you can press @kbd{C-x * i} to read the manual on-line.  Also, you
320 can jump directly to the Tutorial by pressing @kbd{h t} or @kbd{C-x * t},
321 or to the Summary by pressing @kbd{h s} or @kbd{C-x * s}.  Within Calc,
322 you can also go to the part of the manual describing any Calc key,
323 function, or variable using @w{@kbd{h k}}, @kbd{h f}, or @kbd{h v},
324 respectively.  @xref{Help Commands}.
326 @ifnottex
327 The Calc manual can be printed, but because the manual is so large, you
328 should only make a printed copy if you really need it.  To print the
329 manual, you will need the @TeX{} typesetting program (this is a free
330 program by Donald Knuth at Stanford University) as well as the
331 @file{texindex} program and @file{texinfo.tex} file, both of which can
332 be obtained from the FSF as part of the @code{texinfo} package.
333 To print the Calc manual in one huge tome, you will need the
334 source code to this manual, @file{calc.texi}, available as part of the
335 Emacs source.  Once you have this file, type @kbd{texi2dvi calc.texi}.
336 Alternatively, change to the @file{man} subdirectory of the Emacs
337 source distribution, and type @kbd{make calc.dvi}. (Don't worry if you
338 get some ``overfull box'' warnings while @TeX{} runs.)
339 The result will be a device-independent output file called
340 @file{calc.dvi}, which you must print in whatever way is right
341 for your system.  On many systems, the command is
343 @example
344 lpr -d calc.dvi
345 @end example
347 @noindent
350 @example
351 dvips calc.dvi
352 @end example
353 @end ifnottex
354 @c Printed copies of this manual are also available from the Free Software
355 @c Foundation.
357 @node Notations Used in This Manual, Demonstration of Calc, About This Manual, Getting Started
358 @section Notations Used in This Manual
360 @noindent
361 This section describes the various notations that are used
362 throughout the Calc manual.
364 In keystroke sequences, uppercase letters mean you must hold down
365 the shift key while typing the letter.  Keys pressed with Control
366 held down are shown as @kbd{C-x}.  Keys pressed with Meta held down
367 are shown as @kbd{M-x}.  Other notations are @key{RET} for the
368 Return key, @key{SPC} for the space bar, @key{TAB} for the Tab key,
369 @key{DEL} for the Delete key, and @key{LFD} for the Line-Feed key.
370 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards, it is
371 whatever key you would use to correct a simple typing error when
372 regularly using Emacs.
374 (If you don't have the @key{LFD} or @key{TAB} keys on your keyboard,
375 the @kbd{C-j} and @kbd{C-i} keys are equivalent to them, respectively.
376 If you don't have a Meta key, look for Alt or Extend Char.  You can
377 also press @key{ESC} or @kbd{C-[} first to get the same effect, so
378 that @kbd{M-x}, @kbd{@key{ESC} x}, and @kbd{C-[ x} are all equivalent.)
380 Sometimes the @key{RET} key is not shown when it is ``obvious''
381 that you must press @key{RET} to proceed.  For example, the @key{RET}
382 is usually omitted in key sequences like @kbd{M-x calc-keypad @key{RET}}.
384 Commands are generally shown like this:  @kbd{p} (@code{calc-precision})
385 or @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}).  This means that the command is
386 normally used by pressing the @kbd{p} key or @kbd{C-x * k} key sequence,
387 but it also has the full-name equivalent shown, e.g., @kbd{M-x calc-precision}.
389 Commands that correspond to functions in algebraic notation
390 are written:  @kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}].  This means
391 the @kbd{C} key is equivalent to @kbd{M-x calc-cos}, and that
392 the corresponding function in an algebraic-style formula would
393 be @samp{cos(@var{x})}.
395 A few commands don't have key equivalents:  @code{calc-sincos}
396 [@code{sincos}].
398 @node Demonstration of Calc, Using Calc, Notations Used in This Manual, Getting Started
399 @section A Demonstration of Calc
401 @noindent
402 @cindex Demonstration of Calc
403 This section will show some typical small problems being solved with
404 Calc.  The focus is more on demonstration than explanation, but
405 everything you see here will be covered more thoroughly in the
406 Tutorial.
408 To begin, start Emacs if necessary (usually the command @code{emacs}
409 does this), and type @kbd{C-x * c} to start the
410 Calculator.  (You can also use @kbd{M-x calc} if this doesn't work.
411 @xref{Starting Calc}, for various ways of starting the Calculator.)
413 Be sure to type all the sample input exactly, especially noting the
414 difference between lower-case and upper-case letters.  Remember,
415 @key{RET}, @key{TAB}, @key{DEL}, and @key{SPC} are the Return, Tab,
416 Delete, and Space keys.
418 @strong{RPN calculation.}  In RPN, you type the input number(s) first,
419 then the command to operate on the numbers.
421 @noindent
422 Type @kbd{2 @key{RET} 3 + Q} to compute 
423 @texline @math{\sqrt{2+3} = 2.2360679775}.
424 @infoline the square root of 2+3, which is 2.2360679775.
426 @noindent
427 Type @kbd{P 2 ^} to compute 
428 @texline @math{\pi^2 = 9.86960440109}.
429 @infoline the value of `pi' squared, 9.86960440109.
431 @noindent
432 Type @key{TAB} to exchange the order of these two results.
434 @noindent
435 Type @kbd{- I H S} to subtract these results and compute the Inverse
436 Hyperbolic sine of the difference, 2.72996136574.
438 @noindent
439 Type @key{DEL} to erase this result.
441 @strong{Algebraic calculation.}  You can also enter calculations using
442 conventional ``algebraic'' notation.  To enter an algebraic formula,
443 use the apostrophe key.
445 @noindent
446 Type @kbd{' sqrt(2+3) @key{RET}} to compute 
447 @texline @math{\sqrt{2+3}}.
448 @infoline the square root of 2+3.
450 @noindent
451 Type @kbd{' pi^2 @key{RET}} to enter 
452 @texline @math{\pi^2}.
453 @infoline `pi' squared.  
454 To evaluate this symbolic formula as a number, type @kbd{=}.
456 @noindent
457 Type @kbd{' arcsinh($ - $$) @key{RET}} to subtract the second-most-recent
458 result from the most-recent and compute the Inverse Hyperbolic sine.
460 @strong{Keypad mode.}  If you are using the X window system, press
461 @w{@kbd{C-x * k}} to get Keypad mode.  (If you don't use X, skip to
462 the next section.)
464 @noindent
465 Click on the @key{2}, @key{ENTER}, @key{3}, @key{+}, and @key{SQRT}
466 ``buttons'' using your left mouse button.
468 @noindent
469 Click on @key{PI}, @key{2}, and @tfn{y^x}.
471 @noindent
472 Click on @key{INV}, then @key{ENTER} to swap the two results.
474 @noindent
475 Click on @key{-}, @key{INV}, @key{HYP}, and @key{SIN}.
477 @noindent
478 Click on @key{<-} to erase the result, then click @key{OFF} to turn
479 the Keypad Calculator off.
481 @strong{Grabbing data.}  Type @kbd{C-x * x} if necessary to exit Calc.
482 Now select the following numbers as an Emacs region:  ``Mark'' the
483 front of the list by typing @kbd{C-@key{SPC}} or @kbd{C-@@} there,
484 then move to the other end of the list.  (Either get this list from
485 the on-line copy of this manual, accessed by @w{@kbd{C-x * i}}, or just
486 type these numbers into a scratch file.)  Now type @kbd{C-x * g} to
487 ``grab'' these numbers into Calc.
489 @example
490 @group
491 1.23  1.97
492 1.6   2
493 1.19  1.08
494 @end group
495 @end example
497 @noindent
498 The result @samp{[1.23, 1.97, 1.6, 2, 1.19, 1.08]} is a Calc ``vector.''
499 Type @w{@kbd{V R +}} to compute the sum of these numbers.
501 @noindent
502 Type @kbd{U} to Undo this command, then type @kbd{V R *} to compute
503 the product of the numbers.
505 @noindent
506 You can also grab data as a rectangular matrix.  Place the cursor on
507 the upper-leftmost @samp{1} and set the mark, then move to just after
508 the lower-right @samp{8} and press @kbd{C-x * r}.
510 @noindent
511 Type @kbd{v t} to transpose this 
512 @texline @math{3\times2}
513 @infoline 3x2 
514 matrix into a 
515 @texline @math{2\times3}
516 @infoline 2x3
517 matrix.  Type @w{@kbd{v u}} to unpack the rows into two separate
518 vectors.  Now type @w{@kbd{V R + @key{TAB} V R +}} to compute the sums
519 of the two original columns. (There is also a special
520 grab-and-sum-columns command, @kbd{C-x * :}.)
522 @strong{Units conversion.}  Units are entered algebraically.
523 Type @w{@kbd{' 43 mi/hr @key{RET}}} to enter the quantity 43 miles-per-hour.
524 Type @w{@kbd{u c km/hr @key{RET}}}.  Type @w{@kbd{u c m/s @key{RET}}}.
526 @strong{Date arithmetic.}  Type @kbd{t N} to get the current date and
527 time.  Type @kbd{90 +} to find the date 90 days from now.  Type
528 @kbd{' <25 dec 87> @key{RET}} to enter a date, then @kbd{- 7 /} to see how
529 many weeks have passed since then.
531 @strong{Algebra.}  Algebraic entries can also include formulas
532 or equations involving variables.  Type @kbd{@w{' [x + y} = a, x y = 1] @key{RET}}
533 to enter a pair of equations involving three variables.
534 (Note the leading apostrophe in this example; also, note that the space
535 between @samp{x y} is required.)  Type @w{@kbd{a S x,y @key{RET}}} to solve
536 these equations for the variables @expr{x} and @expr{y}.
538 @noindent
539 Type @kbd{d B} to view the solutions in more readable notation.
540 Type @w{@kbd{d C}} to view them in C language notation, @kbd{d T}
541 to view them in the notation for the @TeX{} typesetting system,
542 and @kbd{d L} to view them in the notation for the La@TeX{} typesetting
543 system.  Type @kbd{d N} to return to normal notation.
545 @noindent
546 Type @kbd{7.5}, then @kbd{s l a @key{RET}} to let @expr{a = 7.5} in these formulas.
547 (That's a letter @kbd{l}, not a numeral @kbd{1}.)
549 @ifnotinfo
550 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
551 manual.  Type @kbd{C-x * c} to return to Calc after each of these
552 commands: @kbd{h k t N} to read about the @kbd{t N} command,
553 @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the @code{sqrt} function, and
554 @kbd{h s} to read the Calc summary.
555 @end ifnotinfo
556 @ifinfo
557 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
558 manual.  Remember to type the letter @kbd{l}, then @kbd{C-x * c}, to
559 return here after each of these commands: @w{@kbd{h k t N}} to read
560 about the @w{@kbd{t N}} command, @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the
561 @code{sqrt} function, and @kbd{h s} to read the Calc summary.
562 @end ifinfo
564 Press @key{DEL} repeatedly to remove any leftover results from the stack.
565 To exit from Calc, press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again.
567 @node Using Calc, History and Acknowledgements, Demonstration of Calc, Getting Started
568 @section Using Calc
570 @noindent
571 Calc has several user interfaces that are specialized for
572 different kinds of tasks.  As well as Calc's standard interface,
573 there are Quick mode, Keypad mode, and Embedded mode.
575 @menu
576 * Starting Calc::
577 * The Standard Interface::
578 * Quick Mode Overview::
579 * Keypad Mode Overview::
580 * Standalone Operation::
581 * Embedded Mode Overview::
582 * Other C-x * Commands::
583 @end menu
585 @node Starting Calc, The Standard Interface, Using Calc, Using Calc
586 @subsection Starting Calc
588 @noindent
589 On most systems, you can type @kbd{C-x *} to start the Calculator.
590 The key sequence @kbd{C-x *} is bound to the command @code{calc-dispatch}, 
591 which can be rebound if convenient (@pxref{Customizing Calc}).
593 When you press @kbd{C-x *}, Emacs waits for you to press a second key to
594 complete the command.  In this case, you will follow @kbd{C-x *} with a
595 letter (upper- or lower-case, it doesn't matter for @kbd{C-x *}) that says
596 which Calc interface you want to use.
598 To get Calc's standard interface, type @kbd{C-x * c}.  To get
599 Keypad mode, type @kbd{C-x * k}.  Type @kbd{C-x * ?} to get a brief
600 list of the available options, and type a second @kbd{?} to get
601 a complete list.
603 To ease typing, @kbd{C-x * *} also works to start Calc.  It starts the
604 same interface (either @kbd{C-x * c} or @w{@kbd{C-x * k}}) that you last
605 used, selecting the @kbd{C-x * c} interface by default.
607 If @kbd{C-x *} doesn't work for you, you can always type explicit
608 commands like @kbd{M-x calc} (for the standard user interface) or
609 @w{@kbd{M-x calc-keypad}} (for Keypad mode).  First type @kbd{M-x}
610 (that's Meta with the letter @kbd{x}), then, at the prompt,
611 type the full command (like @kbd{calc-keypad}) and press Return.
613 The same commands (like @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}) that start
614 the Calculator also turn it off if it is already on.
616 @node The Standard Interface, Quick Mode Overview, Starting Calc, Using Calc
617 @subsection The Standard Calc Interface
619 @noindent
620 @cindex Standard user interface
621 Calc's standard interface acts like a traditional RPN calculator,
622 operated by the normal Emacs keyboard.  When you type @kbd{C-x * c}
623 to start the Calculator, the Emacs screen splits into two windows
624 with the file you were editing on top and Calc on the bottom.
626 @smallexample
627 @group
630 --**-Emacs: myfile             (Fundamental)----All----------------------
631 --- Emacs Calculator Mode ---                   |Emacs Calculator Trail
632 2:  17.3                                        |    17.3
633 1:  -5                                          |    3
634     .                                           |    2
635                                                 |    4
636                                                 |  * 8
637                                                 |  ->-5
638                                                 |
639 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All----- --%%-Emacs: *Calc Trail*
640 @end group
641 @end smallexample
643 In this figure, the mode-line for @file{myfile} has moved up and the
644 ``Calculator'' window has appeared below it.  As you can see, Calc
645 actually makes two windows side-by-side.  The lefthand one is
646 called the @dfn{stack window} and the righthand one is called the
647 @dfn{trail window.}  The stack holds the numbers involved in the
648 calculation you are currently performing.  The trail holds a complete
649 record of all calculations you have done.  In a desk calculator with
650 a printer, the trail corresponds to the paper tape that records what
651 you do.
653 In this case, the trail shows that four numbers (17.3, 3, 2, and 4)
654 were first entered into the Calculator, then the 2 and 4 were
655 multiplied to get 8, then the 3 and 8 were subtracted to get @mathit{-5}.
656 (The @samp{>} symbol shows that this was the most recent calculation.)
657 The net result is the two numbers 17.3 and @mathit{-5} sitting on the stack.
659 Most Calculator commands deal explicitly with the stack only, but
660 there is a set of commands that allow you to search back through
661 the trail and retrieve any previous result.
663 Calc commands use the digits, letters, and punctuation keys.
664 Shifted (i.e., upper-case) letters are different from lowercase
665 letters.  Some letters are @dfn{prefix} keys that begin two-letter
666 commands.  For example, @kbd{e} means ``enter exponent'' and shifted
667 @kbd{E} means @expr{e^x}.  With the @kbd{d} (``display modes'') prefix
668 the letter ``e'' takes on very different meanings:  @kbd{d e} means
669 ``engineering notation'' and @kbd{d E} means ``@dfn{eqn} language mode.''
671 There is nothing stopping you from switching out of the Calc
672 window and back into your editing window, say by using the Emacs
673 @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window}) command.  When the cursor is
674 inside a regular window, Emacs acts just like normal.  When the
675 cursor is in the Calc stack or trail windows, keys are interpreted
676 as Calc commands.
678 When you quit by pressing @kbd{C-x * c} a second time, the Calculator
679 windows go away but the actual Stack and Trail are not gone, just
680 hidden.  When you press @kbd{C-x * c} once again you will get the
681 same stack and trail contents you had when you last used the
682 Calculator.
684 The Calculator does not remember its state between Emacs sessions.
685 Thus if you quit Emacs and start it again, @kbd{C-x * c} will give you
686 a fresh stack and trail.  There is a command (@kbd{m m}) that lets
687 you save your favorite mode settings between sessions, though.
688 One of the things it saves is which user interface (standard or
689 Keypad) you last used; otherwise, a freshly started Emacs will
690 always treat @kbd{C-x * *} the same as @kbd{C-x * c}.
692 The @kbd{q} key is another equivalent way to turn the Calculator off.
694 If you type @kbd{C-x * b} first and then @kbd{C-x * c}, you get a
695 full-screen version of Calc (@code{full-calc}) in which the stack and
696 trail windows are still side-by-side but are now as tall as the whole
697 Emacs screen.  When you press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again to quit,
698 the file you were editing before reappears.  The @kbd{C-x * b} key
699 switches back and forth between ``big'' full-screen mode and the
700 normal partial-screen mode.
702 Finally, @kbd{C-x * o} (@code{calc-other-window}) is like @kbd{C-x * c}
703 except that the Calc window is not selected.  The buffer you were
704 editing before remains selected instead.  @kbd{C-x * o} is a handy
705 way to switch out of Calc momentarily to edit your file; type
706 @kbd{C-x * c} to switch back into Calc when you are done.
708 @node Quick Mode Overview, Keypad Mode Overview, The Standard Interface, Using Calc
709 @subsection Quick Mode (Overview)
711 @noindent
712 @dfn{Quick mode} is a quick way to use Calc when you don't need the
713 full complexity of the stack and trail.  To use it, type @kbd{C-x * q}
714 (@code{quick-calc}) in any regular editing buffer.
716 Quick mode is very simple:  It prompts you to type any formula in
717 standard algebraic notation (like @samp{4 - 2/3}) and then displays
718 the result at the bottom of the Emacs screen (@mathit{3.33333333333}
719 in this case).  You are then back in the same editing buffer you
720 were in before, ready to continue editing or to type @kbd{C-x * q}
721 again to do another quick calculation.  The result of the calculation
722 will also be in the Emacs ``kill ring'' so that a @kbd{C-y} command
723 at this point will yank the result into your editing buffer.
725 Calc mode settings affect Quick mode, too, though you will have to
726 go into regular Calc (with @kbd{C-x * c}) to change the mode settings.
728 @c [fix-ref Quick Calculator mode]
729 @xref{Quick Calculator}, for further information.
731 @node Keypad Mode Overview, Standalone Operation, Quick Mode Overview, Using Calc
732 @subsection Keypad Mode (Overview)
734 @noindent
735 @dfn{Keypad mode} is a mouse-based interface to the Calculator.
736 It is designed for use with terminals that support a mouse.  If you
737 don't have a mouse, you will have to operate Keypad mode with your
738 arrow keys (which is probably more trouble than it's worth).
740 Type @kbd{C-x * k} to turn Keypad mode on or off.  Once again you
741 get two new windows, this time on the righthand side of the screen
742 instead of at the bottom.  The upper window is the familiar Calc
743 Stack; the lower window is a picture of a typical calculator keypad.
745 @tex
746 \dimen0=\pagetotal%
747 \advance \dimen0 by 24\baselineskip%
748 \ifdim \dimen0>\pagegoal \vfill\eject \fi%
749 \medskip
750 @end tex
751 @smallexample
752 @group
753 |--- Emacs Calculator Mode ---
754 |2:  17.3
755 |1:  -5
756 |    .
757 |--%%-Calc: 12 Deg       (Calcul
758 |----+-----Calc 2.1------+----1
759 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
760 |----+----+----+----+----+----|
761 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
762 |----+----+----+----+----+----|
763 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
764 |----+----+----+----+----+----|
765 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
766 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
767 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
768 |-----+-----+-----+-----+-----|
769 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
770 |-----+-----+-----+-----+-----|
771 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
772 |-----+-----+-----+-----+-----|
773 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
774 |-----+-----+-----+-----+-----+
775 @end group
776 @end smallexample
778 Keypad mode is much easier for beginners to learn, because there
779 is no need to memorize lots of obscure key sequences.  But not all
780 commands in regular Calc are available on the Keypad.  You can
781 always switch the cursor into the Calc stack window to use
782 standard Calc commands if you need.  Serious Calc users, though,
783 often find they prefer the standard interface over Keypad mode.
785 To operate the Calculator, just click on the ``buttons'' of the
786 keypad using your left mouse button.  To enter the two numbers
787 shown here you would click @w{@kbd{1 7 .@: 3 ENTER 5 +/- ENTER}}; to
788 add them together you would then click @kbd{+} (to get 12.3 on
789 the stack).
791 If you click the right mouse button, the top three rows of the
792 keypad change to show other sets of commands, such as advanced
793 math functions, vector operations, and operations on binary
794 numbers.
796 Because Keypad mode doesn't use the regular keyboard, Calc leaves
797 the cursor in your original editing buffer.  You can type in
798 this buffer in the usual way while also clicking on the Calculator
799 keypad.  One advantage of Keypad mode is that you don't need an
800 explicit command to switch between editing and calculating.
802 If you press @kbd{C-x * b} first, you get a full-screen Keypad mode
803 (@code{full-calc-keypad}) with three windows:  The keypad in the lower
804 left, the stack in the lower right, and the trail on top.
806 @c [fix-ref Keypad Mode]
807 @xref{Keypad Mode}, for further information.
809 @node Standalone Operation, Embedded Mode Overview, Keypad Mode Overview, Using Calc
810 @subsection Standalone Operation
812 @noindent
813 @cindex Standalone Operation
814 If you are not in Emacs at the moment but you wish to use Calc,
815 you must start Emacs first.  If all you want is to run Calc, you
816 can give the commands:
818 @example
819 emacs -f full-calc
820 @end example
822 @noindent
825 @example
826 emacs -f full-calc-keypad
827 @end example
829 @noindent
830 which run a full-screen Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * c}) or
831 a full-screen X-based Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * k}).
832 In standalone operation, quitting the Calculator (by pressing
833 @kbd{q} or clicking on the keypad @key{EXIT} button) quits Emacs
834 itself.
836 @node Embedded Mode Overview, Other C-x * Commands, Standalone Operation, Using Calc
837 @subsection Embedded Mode (Overview)
839 @noindent
840 @dfn{Embedded mode} is a way to use Calc directly from inside an
841 editing buffer.  Suppose you have a formula written as part of a
842 document like this:
844 @smallexample
845 @group
846 The derivative of
848                                    ln(ln(x))
851 @end group
852 @end smallexample
854 @noindent
855 and you wish to have Calc compute and format the derivative for
856 you and store this derivative in the buffer automatically.  To
857 do this with Embedded mode, first copy the formula down to where
858 you want the result to be:
860 @smallexample
861 @group
862 The derivative of
864                                    ln(ln(x))
868                                    ln(ln(x))
869 @end group
870 @end smallexample
872 Now, move the cursor onto this new formula and press @kbd{C-x * e}.
873 Calc will read the formula (using the surrounding blank lines to
874 tell how much text to read), then push this formula (invisibly)
875 onto the Calc stack.  The cursor will stay on the formula in the
876 editing buffer, but the buffer's mode line will change to look
877 like the Calc mode line (with mode indicators like @samp{12 Deg}
878 and so on).  Even though you are still in your editing buffer,
879 the keyboard now acts like the Calc keyboard, and any new result
880 you get is copied from the stack back into the buffer.  To take
881 the derivative, you would type @kbd{a d x @key{RET}}.
883 @smallexample
884 @group
885 The derivative of
887                                    ln(ln(x))
891 1 / ln(x) x
892 @end group
893 @end smallexample
895 To make this look nicer, you might want to press @kbd{d =} to center
896 the formula, and even @kbd{d B} to use Big display mode.
898 @smallexample
899 @group
900 The derivative of
902                                    ln(ln(x))
905 % [calc-mode: justify: center]
906 % [calc-mode: language: big]
908                                        1
909                                     -------
910                                     ln(x) x
911 @end group
912 @end smallexample
914 Calc has added annotations to the file to help it remember the modes
915 that were used for this formula.  They are formatted like comments
916 in the @TeX{} typesetting language, just in case you are using @TeX{} or
917 La@TeX{}. (In this example @TeX{} is not being used, so you might want
918 to move these comments up to the top of the file or otherwise put them
919 out of the way.)
921 As an extra flourish, we can add an equation number using a
922 righthand label:  Type @kbd{d @} (1) @key{RET}}.
924 @smallexample
925 @group
926 % [calc-mode: justify: center]
927 % [calc-mode: language: big]
928 % [calc-mode: right-label: " (1)"]
930                                        1
931                                     -------                      (1)
932                                     ln(x) x
933 @end group
934 @end smallexample
936 To leave Embedded mode, type @kbd{C-x * e} again.  The mode line
937 and keyboard will revert to the way they were before.
939 The related command @kbd{C-x * w} operates on a single word, which
940 generally means a single number, inside text.  It uses any
941 non-numeric characters rather than blank lines to delimit the
942 formula it reads.  Here's an example of its use:
944 @smallexample
945 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
946 @end smallexample
948 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{C-x * w} to enable
949 Embedded mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
950 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
951 then @w{@kbd{C-x * w}} again to exit Embedded mode.
953 @smallexample
954 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
955 @end smallexample
957 @c [fix-ref Embedded Mode]
958 @xref{Embedded Mode}, for full details.
960 @node Other C-x * Commands,  , Embedded Mode Overview, Using Calc
961 @subsection Other @kbd{C-x *} Commands
963 @noindent
964 Two more Calc-related commands are @kbd{C-x * g} and @kbd{C-x * r},
965 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
966 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
967 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
968 cursor or ``point'' placed at the other.
970 The @kbd{C-x * g} command reads the region in the usual left-to-right,
971 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
972 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
973 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
974 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
975 @kbd{C-u C-x * g} interprets the region as a single number or
976 formula.
978 The @kbd{C-x * r} command reads a rectangle, with the point and
979 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
980 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
982 Complementary to these is @kbd{C-x * y}, which ``yanks'' the
983 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
984 If you type @w{@kbd{C-x * y}} while in such a buffer, the value is
985 yanked at the current position.  If you type @kbd{C-x * y} while
986 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
987 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
988 to be visible in order to use this command, as long as there
989 is something on the Calc stack.
991 Here, for reference, is the complete list of @kbd{C-x *} commands.
992 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
993 following @kbd{C-x *}.
995 @noindent
996 Commands for turning Calc on and off:
998 @table @kbd
999 @item *
1000 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1002 @item =, +, -, /, \, &, #
1003 Alternatives for @kbd{*}.
1005 @item C
1006 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1007 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1008 in the Calc window, move the cursor into the window.
1010 @item O
1011 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1012 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1013 move it out of that window.
1015 @item B
1016 Control whether @kbd{C-x * c} and @kbd{C-x * k} use the full screen.
1018 @item Q
1019 Use Quick mode for a single short calculation.
1021 @item K
1022 Turn Calc Keypad mode on or off.
1024 @item E
1025 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1027 @item J
1028 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1030 @item W
1031 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1033 @item Z
1034 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1036 @item X
1037 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1038 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1039 @end table
1040 @iftex
1041 @sp 2
1042 @end iftex
1044 @noindent
1045 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1047 @table @kbd
1048 @item G
1049 Grab the region into the Calculator as a vector.
1051 @item R
1052 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1054 @item :
1055 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1057 @item _
1058 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1060 @item Y
1061 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1062 @end table
1063 @iftex
1064 @sp 2
1065 @end iftex
1067 @noindent
1068 Commands for use with Embedded mode:
1070 @table @kbd
1071 @item A
1072 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1073 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1074 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1076 @item D
1077 Duplicate the current formula immediately below and select
1078 the duplicate.
1080 @item F
1081 Insert a new formula at the current point.
1083 @item N
1084 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1086 @item P
1087 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1089 @item U
1090 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1092 @item `
1093 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1094 @end table
1095 @iftex
1096 @sp 2
1097 @end iftex
1099 @noindent
1100 Miscellaneous commands:
1102 @table @kbd
1103 @item I
1104 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1105 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1107 @item T
1108 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1110 @item S
1111 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1113 @item L
1114 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1115 are loaded only as they are needed.)
1117 @item M
1118 Read a region of written keystroke names (like @kbd{C-n a b c @key{RET}})
1119 and record them as the current keyboard macro.
1121 @item 0
1122 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1123 its initial state:  Empty stack, and initial mode settings.
1124 @end table
1126 @node History and Acknowledgements,  , Using Calc, Getting Started
1127 @section History and Acknowledgements
1129 @noindent
1130 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1131 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1132 the value of 
1133 @texline @math{2^{32}}.
1134 @infoline @expr{2^32}.  
1135 I didn't offhand, but I said, ``that's easy, just call up an
1136 @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported that the answer to our
1137 question was @samp{4.294967e+09}---with no way to see the full ten
1138 digits even though we knew they were there in the program's memory!  I
1139 was so annoyed, I vowed to write a calculator of my own, once and for
1140 all.
1142 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1143 and b) because, being only a text editor extension language after
1144 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1145 got too far out of hand.
1147 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1148 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1149 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1151 Emacs Lisp didn't have built-in floating point math (now it does), so
1152 this had to be
1153 simulated in software.  In fact, Emacs integers will only comfortably
1154 fit six decimal digits or so---not enough for a decent calculator.  So
1155 I had to write my own high-precision integer code as well, and once I had
1156 this I figured that arbitrary-size integers were just as easy as large
1157 integers.  Arbitrary floating-point precision was the logical next step.
1158 Also, since the large integer arithmetic was there anyway it seemed only
1159 fair to give the user direct access to it, which in turn made it practical
1160 to support fractions as well as floats.  All these features inspired me
1161 to look around for other data types that might be worth having.
1163 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1164 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1165 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I
1166 decided that these would be good for Calc to have, too.  And once
1167 things had gone this far, I figured I might as well take a look at
1168 serious algebra systems for further ideas.  Since these systems did
1169 far more than I could ever hope to implement, I decided to focus on
1170 rewrite rules and other programming features so that users could
1171 implement what they needed for themselves.
1173 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1174 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1175 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1177 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1178 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1179 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1181 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1182 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1183 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1184 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1185 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1186 algebra system for microcomputers.
1188 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1189 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1190 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1191 rules, and many other algebra features; 
1192 @texline Fran\c{c}ois
1193 @infoline Francois
1194 Pinard, who contributed an early prototype of the Calc Summary appendix
1195 as well as providing valuable suggestions in many other areas of Calc;
1196 Carl Witty, whose eagle eyes discovered many typographical and factual
1197 errors in the Calc manual; Tim Kay, who drove the development of
1198 Embedded mode; Ove Ewerlid, who made many suggestions relating to the
1199 algebra commands and contributed some code for polynomial operations;
1200 Randal Schwartz, who suggested the @code{calc-eval} function; Robert
1201 J. Chassell, who suggested the Calc Tutorial and exercises; and Juha
1202 Sarlin, who first worked out how to split Calc into quickly-loading
1203 parts.  Bob Weiner helped immensely with the Lucid Emacs port.
1205 @cindex Bibliography
1206 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1207 @cindex Numerical Recipes
1208 @c Should these be expanded into more complete references?
1209 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1210 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1211 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1212 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis
1213 for the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham,
1214 Knuth, and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the
1215 @emph{CRC Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and
1216 Abramowitz and Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical
1217 Functions}.  Also, of course, Calc could not have been written without
1218 the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil Lewis and
1219 Dan LaLiberte.
1221 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1222 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1223 finished in two weeks.
1225 @c [tutorial]
1227 @ifinfo
1228 @c This node is accessed by the `C-x * t' command.
1229 @node Interactive Tutorial, Tutorial, Getting Started, Top
1230 @chapter Tutorial
1232 @noindent
1233 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1235 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1236 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1237 for this).
1239 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1240 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1241 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1242 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1244 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1245 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1246 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1247 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1248 @kbd{l} to return to where you were before.
1250 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1252 Press @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1254 @menu
1255 * Tutorial::
1256 @end menu
1258 @node Tutorial, Introduction, Interactive Tutorial, Top
1259 @end ifinfo
1260 @ifnotinfo
1261 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1262 @end ifnotinfo
1263 @chapter Tutorial
1265 @noindent
1266 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1267 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1268 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1269 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1270 @c [not-split]
1271 to skip on to the rest of this manual.
1272 @c [when-split]
1273 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1275 @c [fix-ref Embedded Mode]
1276 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1277 The Quick mode and Keypad mode interfaces are fairly
1278 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1279 the Embedded mode interface.
1281 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1282 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1283 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1284 @kbd{C-x * c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1285 press @kbd{C-x * i} to start the Info system or to switch into its window.
1287 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1288 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1289 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1290 general areas.
1292 @ifnottex
1293 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1294 it as you learn Calc.  @xref{About This Manual}, to see how to make a
1295 printed summary.  @xref{Summary}.
1296 @end ifnottex
1297 @iftex
1298 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1299 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1300 Calc.
1301 @end iftex
1303 @menu
1304 * Basic Tutorial::
1305 * Arithmetic Tutorial::
1306 * Vector/Matrix Tutorial::
1307 * Types Tutorial::
1308 * Algebra Tutorial::
1309 * Programming Tutorial::
1311 * Answers to Exercises::
1312 @end menu
1314 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1315 @section Basic Tutorial
1317 @noindent
1318 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1319 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1320 to control various modes of the Calculator.
1322 @menu
1323 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1324 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1325 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1326 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1327 @end menu
1329 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1330 @subsection RPN Calculations and the Stack
1332 @cindex RPN notation
1333 @ifnottex
1334 @noindent
1335 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1336 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1337 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1338 Jan Lukasiewicz.)
1339 @end ifnottex
1340 @tex
1341 \noindent
1342 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1343 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1344 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1345 Jan \L ukasiewicz.)
1346 @end tex
1348 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1349 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1350 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1351 from the top of the stack.
1353 @cindex Operators
1354 @cindex Operands
1355 In an operation like @expr{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1356 and the @expr{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1357 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1358 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1359 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1360 number of operands from the stack and pushes back the result.
1362 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1363 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1364 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1365 you wish; type @kbd{C-x * c} to switch into the Calc window (you can type
1366 @kbd{C-x * c} again or @kbd{C-x * o} to switch back to the Tutorial window).
1367 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1368 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1369 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1370 will look at various points throughout the calculation:
1372 @smallexample
1373 @group
1374     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1375                    .          1:  3              .
1376                                   .
1378   C-x * c          2 @key{RET}          3 @key{RET}            +             @key{DEL}
1379 @end group
1380 @end smallexample
1382 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1383 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1384 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1385 less distracting in regular use.
1387 @cindex Stack levels
1388 @cindex Levels of stack
1389 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1390 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1391 @expr{x}, @expr{y}, @expr{z}, and @expr{t}.  Calc's stack can grow
1392 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1393 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1394 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1395 work on the top few levels of the stack.
1397 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1398 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1399 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1400 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1401 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1402 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1403 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1404 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1405 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1406 if you are interested.
1408 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1409 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1410 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1411 automatically enters that number and then does the requested command.
1412 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.
1414 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1415 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1417 @smallexample
1418 @group
1419 1:  2          2:  2          1:  5
1420     .          1:  3              .
1421                    .
1423   2 @key{RET}            3              +
1424 @end group
1425 @end smallexample
1427 @noindent
1428 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1429 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1430 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1432 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1433 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1434 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1435 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1436 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1437 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1438 return to where you were.)
1440 @noindent
1441 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1442 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1443 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1444 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1446 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute 
1447 @texline @math{(2\times4) + (7\times9.4) + {5\over4}}
1448 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4} 
1449 using the stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1451 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1452 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1453 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1454 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1455 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1456 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1457 results of the previous example at the beginning of a new example.
1458 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1459 clear away old results, the text will remind you to do so.
1461 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1462 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1463 spend a long time reformatting such a large stack.)
1465 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1466 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1467 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1468 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1469 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1471 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1472 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1473 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1475 @cindex Duplicating a stack entry
1476 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1477 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1479 @smallexample
1480 @group
1481 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1482     .          1:  3              .          1:  9              .
1483                    .                             .
1485   3 @key{RET}           @key{RET}             *             @key{RET}             *
1486 @end group
1487 @end smallexample
1489 @noindent
1490 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1491 to raise 3 to the fourth power.)
1493 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1494 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1495 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1497 @cindex Exchanging stack entries
1498 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1499 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1500 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1501 was @expr{20 / (2+3)}.
1503 @smallexample
1504 @group
1505 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1506     .          1:  20         1:  5              .
1507                    .              .
1509  2 @key{RET} 3 +         20            @key{TAB}             /
1510 @end group
1511 @end smallexample
1513 @noindent
1514 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1516 @smallexample
1517 @group
1518 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1519     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1520                    .          1:  3              .
1521                                   .
1523   20 @key{RET}         2 @key{RET}            3              +              /
1524 @end group
1525 @end smallexample
1527 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1528 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1529 bringing the object in level 3 to the top.
1531 @smallexample
1532 @group
1533 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1534     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1535                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1536                                   .              .              .
1538   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
1539 @end group
1540 @end smallexample
1542 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1543 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1544 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1545 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1547 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1548 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1549 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1550 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1552 @smallexample
1553 @group
1554 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1555     .              .          1:  16             .              .
1556                                   .
1558   3 @key{RET}          @key{RET} *        4 @key{RET} @key{RET} *        +              Q
1559 @end group
1560 @end smallexample
1562 @noindent
1563 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1564 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1566 @cindex Pythagorean Theorem
1567 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1568 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1569 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1570 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1572 @smallexample
1573 @group
1574 1:  3          2:  3          1:  5
1575     .          1:  4              .
1576                    .
1578   3 @key{RET}          4 @key{RET}      M-x calc-hypot
1579 @end group
1580 @end smallexample
1582 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1583 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1584 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1585 prefix for you:
1587 @smallexample
1588 @group
1589 1:  3          2:  3          1:  5
1590     .          1:  4              .
1591                    .
1593   3 @key{RET}          4 @key{RET}         x hypot
1594 @end group
1595 @end smallexample
1597 What happens if you take the square root of a negative number?
1599 @smallexample
1600 @group
1601 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
1602     .              .              .
1604   4 @key{RET}            n              Q
1605 @end group
1606 @end smallexample
1608 @noindent
1609 The notation @expr{(a, b)} represents a complex number.
1610 Complex numbers are more traditionally written @expr{a + b i};
1611 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
1612 @expr{(a, b)} notation.
1614 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
1615 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
1616 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
1617 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
1618 complex result.)
1620 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
1621 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
1623 @smallexample
1624 @group
1625 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
1626     .          1:  2              .              3              .
1627                    .                             .
1629     (              2              ,              3              )
1630 @end group
1631 @end smallexample
1633 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
1634 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
1636 @smallexample
1637 @group
1638 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
1639     .          1:  2          2:  2              5              5
1640                    .          1:  3              .              .
1641                                   .
1642                                                              (error)
1643     (             2 @key{RET}           3              +              +
1644 @end group
1645 @end smallexample
1647 @noindent
1648 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
1649 produces an error message and leaves the stack the same.
1651 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
1652 moved around by the regular stack commands.
1654 @smallexample
1655 @group
1656 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
1657 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
1658     .          1:  ( ...      1:  2              3
1659                    .              .              .
1661 2 @key{RET} 3 @key{RET}        (            M-@key{TAB}          M-@key{TAB}            )
1662 @end group
1663 @end smallexample
1665 @noindent
1666 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
1667 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
1668 entry and the top are collected, so there's never really a reason
1669 to use the comma.  It's up to you.
1671 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @expr{(2, 3)},
1672 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
1673 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
1674 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
1675 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
1677 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
1678 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
1679 the tutorial.
1681 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
1682 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
1683 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
1684 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
1685 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
1686 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
1687 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
1689 @smallexample
1690 @group
1691 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
1692     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
1693                    .          1:  30         1:  30
1694                                   .              .
1696   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u 3            +
1697 @end group
1698 @end smallexample
1700 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
1701 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
1702 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
1703 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
1704 the second-to-top element of the stack:
1706 @smallexample
1707 @group
1708 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
1709     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
1710                    .          1:  30         1:  30         2:  30
1711                                   .              .          1:  20
1712                                                                 .
1714   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u -2          @key{RET}
1715 @end group
1716 @end smallexample
1718 @cindex Clearing the stack
1719 @cindex Emptying the stack
1720 Another common idiom is @kbd{M-0 @key{DEL}}, which clears the stack.
1721 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
1722 entire stack.)
1724 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
1725 @subsection Algebraic-Style Calculations
1727 @noindent
1728 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
1729 Calculator in Algebraic mode, which is closer to the way
1730 non-RPN calculators work.  In Algebraic mode, you enter formulas
1731 in traditional @expr{2+3} notation.
1733 @strong{Warning:} Note that @samp{/} has lower precedence than
1734 @samp{*}, so that @samp{a/b*c} is interpreted as @samp{a/(b*c)}.  See
1735 below for details.
1737 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
1738 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
1739 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
1740 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
1741 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
1742 computation as a formula, read the result from the stack, then press
1743 @key{DEL} to delete it from the stack.
1745 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
1746 The result should be the number 9.
1748 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
1749 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
1750 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
1751 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
1752 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
1754 @example
1755 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
1756 @end example
1758 @noindent
1759 is equivalent to
1761 @example
1762 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
1763 @end example
1765 @noindent
1766 or, in large mathematical notation,
1768 @ifnottex
1769 @example
1770 @group
1771     3 * 4 * 5
1772 2 + --------- - 9
1773           8
1774      6 * 7
1775 @end group
1776 @end example
1777 @end ifnottex
1778 @tex
1779 \turnoffactive
1780 \beforedisplay
1781 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
1782 \afterdisplay
1783 @end tex
1785 @noindent
1786 The result of this expression will be the number @mathit{-6.99999826533}.
1788 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
1789 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
1790 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
1791 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
1793 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
1794 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
1795 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @mathit{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
1796 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
1798 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is
1799 Algebraic mode, where Calc automatically senses
1800 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
1801 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
1802 should appear in the Calc window's mode line.)
1804 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
1806 In Algebraic mode, when you press any key that would normally begin
1807 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
1808 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
1809 an algebraic entry.
1811 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
1812 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
1813 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
1814 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
1815 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
1817 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
1818 be @expr{0.16227766017}.
1820 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
1821 the apostrophe even if you are in Algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
1822 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
1823 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
1824 rule to use!
1826 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
1827 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
1828 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
1830 Still in Algebraic mode, type:
1832 @smallexample
1833 @group
1834 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
1835     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
1836                    .                             .
1838  (2,3) @key{RET}      (1,-2) @key{RET}        *              1 @key{RET}          +
1839 @end group
1840 @end smallexample
1842 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
1843 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
1844 after every entry, even for a simple number like @expr{1}.
1846 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special Incomplete Algebraic
1847 mode in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
1848 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
1849 Total Algebraic mode, started by typing @kbd{m t}, in which all
1850 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
1851 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of Total Algebraic
1852 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.)
1854 If you're still in Algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
1856 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
1857 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
1858 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
1859 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
1860 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
1861 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
1862 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
1863 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
1864 of the stack.  Here, we perform the calculation 
1865 @texline @math{\sqrt{2\times4+1}},
1866 @infoline @expr{sqrt(2*4+1)},
1867 which on a traditional calculator would be done by pressing
1868 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
1870 @smallexample
1871 @group
1872 1:  8          1:  9          1:  3
1873     .              .              .
1875   ' 2*4 @key{RET}        $+1 @key{RET}        Q
1876 @end group
1877 @end smallexample
1879 @noindent
1880 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
1881 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
1883 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
1884 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
1885 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
1886 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
1888 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
1889 entries.  For example, @kbd{' $$+$ @key{RET}} is just like typing @kbd{+}.
1891 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
1892 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
1893 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
1894 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
1895 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
1896 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
1897 or more letters or digits, beginning with a letter.
1899 @smallexample
1900 @group
1901 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
1902     .                             .              .
1904     17          s t a @key{RET}      ' a+a^2 @key{RET}       =
1905 @end group
1906 @end smallexample
1908 @noindent
1909 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
1910 variables by the values that were stored in them.
1912 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
1913 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
1914 or by using the @kbd{s r} command.
1916 @smallexample
1917 @group
1918 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
1919     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
1920                    .          1:  2              .
1921                                   .
1923   s r a @key{RET}     ' a @key{RET} =         2              ^              +
1924 @end group
1925 @end smallexample
1927 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
1928 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
1929 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
1930 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
1931 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
1932 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
1934 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
1935 values are left alone, even when you evaluate the formula.
1937 @smallexample
1938 @group
1939 1:  2 a + 2 b     1:  34 + 2 b
1940     .                 .
1942  ' 2a+2b @key{RET}          =
1943 @end group
1944 @end smallexample
1946 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
1947 alone, as are calls for which the value is undefined.
1949 @smallexample
1950 @group
1951 1:  2 + log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3)
1952     .
1954  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) @key{RET}
1955 @end group
1956 @end smallexample
1958 @noindent
1959 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
1960 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
1961 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
1962 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
1963 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
1964 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
1965 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
1966 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
1967 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
1968 automatically displays the first message only if the message is
1969 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
1970 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
1971 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
1972 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
1974 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
1975 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
1976 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
1977 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
1978 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
1980 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
1981 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
1982 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
1984 One interesting way to work with variables is to use the
1985 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
1986 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
1987 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
1988 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
1989 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
1990 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
1991 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
1993 @smallexample
1994 @group
1995 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
1996 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
1997     .                                  .
1999 ' 2+3 => @key{RET}  ' 2a+2b @key{RET} s =          10 s t a @key{RET}
2000 @end group
2001 @end smallexample
2003 @noindent
2004 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2005 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @expr{a}
2006 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2007 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2008 to see the effects on the formulas' values.
2010 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2012 @smallexample
2013 @group
2014 2:  2 + 5 => 5
2015 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2016     .
2018     s u a @key{RET}
2019 @end group
2020 @end smallexample
2022 We will encounter formulas involving variables and functions again
2023 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2025 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2026 @subsection Undo and Redo
2028 @noindent
2029 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2030 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 @key{DEL}}) and exit
2031 and restart Calc (@kbd{C-x * * C-x * *}) to make sure things start off
2032 with a clean slate.  Now:
2034 @smallexample
2035 @group
2036 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2037     .          1:  3              .          1:  3              .
2038                    .                             .
2040    2 @key{RET}           3              ^              U              *
2041 @end group
2042 @end smallexample
2044 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2045 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2046 above example, you could type:
2048 @smallexample
2049 @group
2050 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2051     .          1:  3              .
2052                    .
2053                                                              (error)
2054                    U              U              U              U
2055 @end group
2056 @end smallexample
2058 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2059 mistakenly.
2061 @smallexample
2062 @group
2063     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2064                    .          1:  3              .              .
2065                                   .
2066                                                              (error)
2067                    D              D              D              D
2068 @end group
2069 @end smallexample
2071 @noindent
2072 It was not possible to redo past the @expr{6}, since that was placed there
2073 by something other than an undo command.
2075 @cindex Time travel
2076 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2077 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2078 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2079 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2080 again.  Thus, the inability to redo past the @expr{6} even though there
2081 was an earlier undo command.
2083 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2084 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2085 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2086 press @kbd{t d} now to turn it on.
2088 Let's try grabbing an earlier result.  The @expr{8} we computed was
2089 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2090 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2091 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2092 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2093 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2094 @expr{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2095 stack.
2097 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2098 went into the trail.
2100 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2101 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2102 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2103 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2104 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2105 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2106 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2107 continue the search forwards or backwards as you like.
2109 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2110 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2111 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2112 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2113 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2115 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2116 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2117 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2118 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2119 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2120 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2121 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2122 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2123 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2124 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.  
2125 You can also type @kbd{h h} to see all the help at once.
2127 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2129 @smallexample
2130 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2131 @end smallexample
2133 @noindent
2134 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2135 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2136 with a single capital letter showing which letter you press to get
2137 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2138 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2139 again to see more @kbd{t}-prefix commands.  Notice that the commands
2140 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2142 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2143 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2144 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2145 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2146 the prefix.
2148 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2149 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2150 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2151 to edit a stack entry.
2153 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2154 @cpi{}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2155 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2156 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2157 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2158 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2159 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2160 during entry of a number or algebraic formula.
2162 @node Modes Tutorial,  , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2163 @subsection Mode-Setting Commands
2165 @noindent
2166 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2167 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2168 mode, namely Algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2169 try some of the most common ones here.
2171 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2172 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2174 @smallexample
2175 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2176 @end smallexample
2178 @noindent
2179 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2180 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2181 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2182 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2183 we get @expr{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2184 leading and trailing zeros.
2186 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2187 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2188 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2190 @smallexample
2191 @group
2192 1:  0.142857142857
2193 2:  0.142857142857142857142857142857
2194     .
2195 @end group
2196 @end smallexample
2198 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2199 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2200 all, the true value @expr{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2201 Calc has to stop somewhere.
2203 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2204 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2206 Calculations always use the current precision.  For example, even
2207 though we have a 30-digit value for @expr{1/7} on the stack, if
2208 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2209 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2210 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2211 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2212 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2214 @smallexample
2215 @group
2216 1:  0.142857142857
2217 2:  0.142857142857142857142857142857
2218 3:  1.14285714286
2219     .
2220 @end group
2221 @end smallexample
2223 @noindent
2224 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2225 digit on the right from even the 12-digit value of @expr{1/7}.
2227 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2228 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2229 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2230 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2231 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2232 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2233 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2234 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2235 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2236 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2237 arithmetic.
2239 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2240 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2241 to convert an integer to floating-point form.
2243 Let's try entering that last calculation:
2245 @smallexample
2246 @group
2247 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2248     .          1:  10000          .
2249                    .
2251   2.0 @key{RET}          10000 @key{RET}      ^
2252 @end group
2253 @end smallexample
2255 @noindent
2256 @cindex Scientific notation, entry of
2257 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2258 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2259 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2260 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2262 @smallexample
2263 @group
2264 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2265     .          1:  10000.         .
2266                    .
2268   2.0 @key{RET}          1e4 @key{RET}        ^
2269 @end group
2270 @end smallexample
2272 @cindex Round-off errors
2273 @noindent
2274 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2275 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2276 exact integer @expr{10000}, but in the second it contained
2277 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2278 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2279 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2280 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2281 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2282 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2283 out:
2285 @smallexample
2286 @group
2287     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2288                    .          1:  10000.         .
2289                                   .
2291  p 16 @key{RET}        2. @key{RET}           1e4            ^    p 12 @key{RET}
2292 @end group
2293 @end smallexample
2295 @noindent
2296 @cindex Guard digits
2297 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2298 calculation using an integer or floating-point power, since we
2299 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2300 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2301 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2302 last place.
2304 @cindex Guard digits
2305 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2306 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2307 In each case, Calc added about two digits of precision during
2308 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2309 afterward.  In one case, it was enough; in the other, it
2310 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2311 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2313 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2314 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2315 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2316 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2317 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2318 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2319 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2320 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2321 onto the stack and try some different display modes.  First,
2322 use @kbd{M-0 @key{DEL}} to clear the stack, then enter the four
2323 numbers shown here:
2325 @smallexample
2326 @group
2327 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2328 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2329 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2330 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2331     .              .              .              .              .
2333    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2334 @end group
2335 @end smallexample
2337 @noindent
2338 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2339 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2340 five significant figures reappeared.  The float format does not
2341 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2342 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2343 of numbers in the Calculator's memory.
2345 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2346 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2347 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2348 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2350 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2351 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2352 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2353 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2354 mode-changing command will appear in the new format.
2356 @smallexample
2357 @group
2358 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2359 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2360 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2361 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2362     .              .              .              .              .
2364     H d s          @key{DEL} U          @key{TAB}            d @key{SPC}          d n
2365 @end group
2366 @end smallexample
2368 @noindent
2369 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2370 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2371 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2372 entries reformats both entries.  The @kbd{d @key{SPC}} command refreshes the
2373 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2374 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2375 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2377 Notice that the integer @expr{12345} was not affected by any
2378 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2379 displayed exactly.
2381 @cindex Large numbers, readability
2382 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2383 the result of @kbd{2^3^4}.
2385 @example
2386 2417851639229258349412352
2387 @end example
2389 @noindent
2390 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2392 @example
2393 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2394 @end example
2396 @noindent
2397 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2398 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2399 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2401 @example
2402 24178,51639,22925,83494,12352
2403 @end example
2405 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2406 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2407 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2409 @example
2410 24,17851,63922.9258349412352
2411 @end example
2413 @noindent
2414 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2415 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2417 @example
2418 24,17851,63922.92583,49412,352
2419 @end example
2421 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2422 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2424 @example
2425 24 17851 63922.92583 49412 352
2426 @end example
2428 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2429 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2430 restore the default precision.
2432 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2433 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2434 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2435 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2437 @example
2438 16#200000000000000000000
2439 @end example
2441 @noindent
2442 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2443 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2444 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2445 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2446 form:
2448 @example
2449 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2450 @end example
2452 @noindent
2453 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2454 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2455 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2456 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2457 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2458 stack in a separate window.  (Press @kbd{C-c C-c} when you are done.)
2460 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2461 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2462 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2463 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2464 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2466 @example
2467 2#101,1111,1110
2468 @end example
2470 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2471 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2472 other radix.
2474 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2476 @example
2477 1,534
2478 @end example
2480 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2481 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2482 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2483 to integers, fractions, and floats.
2485 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2486 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2487 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2488 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2489 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2490 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2491 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2492 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2493 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2495 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2496 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2497 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2498 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2499 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2500 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2501 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2502 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2504 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2505 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2506 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2507 the way they are actually computed.
2509 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2510 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2511 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2512 angle is measured in degrees.  For example,
2514 @smallexample
2515 @group
2516 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2517     .              .                    .                     .
2519     45             S                    2 ^                   c 1
2520 @end group
2521 @end smallexample
2523 @noindent
2524 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2525 of 45 degrees is 
2526 @texline @math{\sqrt{2}/2};
2527 @infoline @expr{sqrt(2)/2}; 
2528 squaring this yields @expr{2/4 = 0.5}.  However, there has been a slight
2529 roundoff error because the representation of 
2530 @texline @math{\sqrt{2}/2}
2531 @infoline @expr{sqrt(2)/2} 
2532 wasn't exact.  The @kbd{c 1} command is a handy way to clean up numbers
2533 in this case; it temporarily reduces the precision by one digit while it
2534 re-rounds the number on the top of the stack.
2536 @cindex Roundoff errors, examples
2537 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2538 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2539 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2540 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2542 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2543 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2544 @cpiover{4} radians.  To get @cpi{}, press the @kbd{P} key.  (Once
2545 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2546 @kbd{p} sets the precision.)
2548 @smallexample
2549 @group
2550 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2551     .                   .                .
2553     P                   4 /       m r    S
2554 @end group
2555 @end smallexample
2557 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2558 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2560 @smallexample
2561 @group
2562 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2563     .                    .                    .
2565     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2566 @end group
2567 @end smallexample
2569 @noindent
2570 Here we compute the Inverse Sine of 
2571 @texline @math{\sqrt{0.5}},
2572 @infoline @expr{sqrt(0.5)}, 
2573 first in radians, then in degrees.
2575 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2576 and vice-versa.
2578 @smallexample
2579 @group
2580 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2581     .              .                      .
2583     45             c r                    c d
2584 @end group
2585 @end smallexample
2587 Another interesting mode is @dfn{Fraction mode}.  Normally,
2588 dividing two integers produces a floating-point result if the
2589 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2590 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2591 number, instead.
2593 @smallexample
2594 @group
2595 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2596 1:  9              .                    .
2597     .
2599  12 @key{RET} 9          /          m f       U /      m f
2600 @end group
2601 @end smallexample
2603 @noindent
2604 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2605 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
2607 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
2608 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
2609 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
2610 elements.)  Calculations involving fractions will always
2611 produce exact fractional results; Fraction mode only says
2612 what to do when dividing two integers.
2614 @cindex Fractions vs. floats
2615 @cindex Floats vs. fractions
2616 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
2617 why would you ever use floating-point numbers instead?
2618 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
2620 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
2621 In the above example, we had to Undo the division and do it over
2622 again when we changed to Fraction mode.  But if you use the
2623 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
2624 recompute for you.
2626 @smallexample
2627 @group
2628 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
2629     .                              .                      .
2631    ' 12/9 => @key{RET}                   p 4 @key{RET}                m f
2632 @end group
2633 @end smallexample
2635 @noindent
2636 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
2637 on the stack is recomputed when we change the precision, then
2638 again when we change to Fraction mode.  All @samp{=>} expressions
2639 on the stack are recomputed every time you change any mode that
2640 might affect their values.
2642 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
2643 @section Arithmetic Tutorial
2645 @noindent
2646 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
2647 available in the Calculator.
2649 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
2650 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
2651 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
2652 change-sign and reciprocal operations, respectively.
2654 @smallexample
2655 @group
2656 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
2657     .              .              .              .              .
2659     5              &              &              n              n
2660 @end group
2661 @end smallexample
2663 @cindex Binary operators
2664 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
2665 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
2666 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
2667 a negative prefix.
2669 @smallexample
2670 @group
2671 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
2672 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
2673 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
2674     .                             .          1:  10             .
2675                                                  .
2677 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
2678 @end group
2679 @end smallexample
2681 @cindex Unary operators
2682 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
2683 stack entries with a numeric prefix, too.
2685 @smallexample
2686 @group
2687 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
2688 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
2689 1:  4          1:  0.25               1:  4.
2690     .              .                      .
2692 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4      M-3 &                  M-2 &
2693 @end group
2694 @end smallexample
2696 Notice that the results here are left in floating-point form.
2697 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
2698 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
2699 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
2700 integer.
2702 @smallexample
2703 @group
2704 7:  2.         7:  2          7:  2
2705 6:  2.4        6:  2          6:  2
2706 5:  2.5        5:  2          5:  3
2707 4:  2.6        4:  2          4:  3
2708 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
2709 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
2710 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
2711     .              .              .
2713                   M-7 F        U M-7 R
2714 @end group
2715 @end smallexample
2717 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
2718 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
2719 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
2720 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
2721 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
2723 @smallexample
2724 @group
2725 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
2726 1:  100            .          1:  100            .
2727     .                             .
2729 1234 @key{RET} 100       \              U              %
2730 @end group
2731 @end smallexample
2733 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
2735 @smallexample
2736 @group
2737 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
2738 1:  1              .          1:  1              .
2739     .                             .
2741 3.1415 @key{RET} 1       \              U              %
2742 @end group
2743 @end smallexample
2745 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
2746 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
2747 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
2748 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
2749 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2751 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
2752 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
2753 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@expr{e^x}) and @kbd{L} (natural
2754 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
2755 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
2757 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
2758 identity 
2759 @texline @math{\sin^2x + \cos^2x = 1}.
2760 @infoline @expr{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.  
2761 We'll arbitrarily pick @mathit{-64} degrees as a good value for @expr{x}.
2762 With the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
2764 @smallexample
2765 @group
2766 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
2767 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
2768     .              .              .              .
2770  64 n @key{RET} @key{RET}      S              @key{TAB}            C              f h
2771 @end group
2772 @end smallexample
2774 @noindent
2775 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
2776 You can of course do these calculations to any precision you like.)
2778 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
2779 of squares, command.
2781 Another identity is 
2782 @texline @math{\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}}.
2783 @infoline @expr{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
2784 @smallexample
2785 @group
2787 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
2788 1:  0.43837        .              .
2789     .
2791     U              /              I T
2792 @end group
2793 @end smallexample
2795 A physical interpretation of this calculation is that if you move
2796 @expr{0.89879} units downward and @expr{0.43837} units to the right,
2797 your direction of motion is @mathit{-64} degrees from horizontal.  Suppose
2798 we move in the opposite direction, up and to the left:
2800 @smallexample
2801 @group
2802 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
2803 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
2804     .              .
2806     U U            M-2 n          /              I T
2807 @end group
2808 @end smallexample
2810 @noindent
2811 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
2812 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
2813 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
2814 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
2815 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
2816 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
2817 to give you a full 360-degree answer.
2819 @smallexample
2820 @group
2821 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
2822 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
2823     .                         1:  0.43837        .
2824                                   .
2826     U U            f T         M-@key{RET} M-2 n       f T            -
2827 @end group
2828 @end smallexample
2830 @noindent
2831 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
2832 point in opposite directions, just as we would expect.
2834 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
2835 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
2836 restores the arguments of the last command to the stack without removing
2837 the command's result.  It is useful in situations like this one,
2838 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
2839 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
2840 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
2841 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
2843 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
2844 except that it is the @emph{difference}
2845 @texline @math{\cosh^2x - \sinh^2x}
2846 @infoline @expr{cosh(x)^2 - sinh(x)^2} 
2847 that always equals one.  Let's try to verify this identity.
2849 @smallexample
2850 @group
2851 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
2852 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
2853     .              .              .              .              .
2855  64 n @key{RET} @key{RET}      H C            2 ^            @key{TAB}            H S 2 ^
2856 @end group
2857 @end smallexample
2859 @noindent
2860 @cindex Roundoff errors, examples
2861 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
2862 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
2863 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
2864 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
2865 error.
2867 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
2868 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
2869 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
2870 0.99999, reasonably close to 1.
2872 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
2873 a more reasonable value for @expr{x}!
2875 @cindex Common logarithm
2876 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
2877 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
2878 @expr{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
2879 prefix.
2881 @smallexample
2882 @group
2883 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
2884     .              .              .              .
2886     1000           L              U              H L
2887 @end group
2888 @end smallexample
2890 @noindent
2891 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
2892 and compute a common logarithm instead.
2894 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
2895 value of @var{b}.
2897 @smallexample
2898 @group
2899 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
2900 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
2901     .                                            .
2903  1000 @key{RET} 10       B              H E            H P            B
2904 @end group
2905 @end smallexample
2907 @noindent
2908 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
2909 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
2910 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
2911 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @expr{e}
2912 onto the stack.
2914 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
2915 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
2916 an exact rational result for calculations involving rational numbers
2917 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
2918 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
2919 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
2920 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
2921 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
2922 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
2923 probably wanted was @samp{1e1000}.
2925 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
2926 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
2927 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2929 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
2930 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
2931 which computes the product of all the integers up to a given number.
2933 @smallexample
2934 @group
2935 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
2936     .              .                     .              .
2938     100            !                     U c f          !
2939 @end group
2940 @end smallexample
2942 @noindent
2943 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
2944 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
2945 of a floating-point number, you get a floating-point result
2946 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
2947 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
2948 in this case).
2950 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
2951 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
2952 @texline @math{\Gamma(n)}
2953 @infoline @expr{gamma(n)}
2954 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
2956 @smallexample
2957 @group
2958 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
2959 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
2960 1:  5.         1:  120.
2961     .              .
2963                    M-3 !              M-0 @key{DEL} 5.5       f g
2964 @end group
2965 @end smallexample
2967 @noindent
2968 Here we verify the identity 
2969 @texline @math{n! = \Gamma(n+1)}.
2970 @infoline @expr{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
2972 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}
2973 @texline or @math{\displaystyle {n \choose m}}
2974 is defined by
2975 @texline @math{\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}}
2976 @infoline @expr{n!@: / m!@: (n-m)!}
2977 for all reals @expr{n} and @expr{m}.  The intermediate results in this
2978 formula can become quite large even if the final result is small; the
2979 @kbd{k c} command computes a binomial coefficient in a way that avoids
2980 large intermediate values.
2982 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
2983 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
2984 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
2986 @smallexample
2987 @group
2988 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
2989 1:  20             .              .
2990     .
2992  30 @key{RET} 20         k c            k f
2993 @end group
2994 @end smallexample
2996 @noindent
2997 You can verify these prime factors by using @kbd{v u} to ``unpack''
2998 this vector into 8 separate stack entries, then @kbd{M-8 *} to
2999 multiply them back together.  The result is the original number,
3000 30045015.
3002 @cindex Hash tables
3003 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3004 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3005 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3007 @smallexample
3008 @group
3009 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3010     .              .              .
3012     10000          k n            I k n
3013 @end group
3014 @end smallexample
3016 @noindent
3017 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3018 10000.
3020 @c [fix-ref Financial Functions]
3021 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3022 commands that deal with business and financial calculations (functions
3023 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3025 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3026 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3027 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3029 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3030 @section Vector/Matrix Tutorial
3032 @noindent
3033 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3034 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3035 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3036 a vector as a list of objects.
3038 @menu
3039 * Vector Analysis Tutorial::
3040 * Matrix Tutorial::
3041 * List Tutorial::
3042 @end menu
3044 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3045 @subsection Vector Analysis
3047 @noindent
3048 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3049 elements, taken pairwise.
3051 @smallexample
3052 @group
3053 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3054     .             1:  [7, 6, 0]         .
3055                       .
3057     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3058 @end group
3059 @end smallexample
3061 @noindent
3062 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3063 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3064 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3065 vectors so we can easily reuse them later.
3067 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3068 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3069 of the vectors.
3071 @smallexample
3072 @group
3073 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3074 1:  [7, 6, 0]         .
3075     .
3077     r 1 r 2           *
3078 @end group
3079 @end smallexample
3081 @cindex Dot product
3082 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3083 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3084 is interpreted as a line from the origin @expr{(0,0,0)} to the
3085 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3086 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3087 vector.
3089 @smallexample
3090 @group
3091 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3092 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3093 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3094     .                 .
3096     M-@key{RET}             M-2 A          * /             I C
3097 @end group
3098 @end smallexample
3100 @noindent
3101 First we recall the arguments to the dot product command, then
3102 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3103 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3104 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3105 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3106 is about 56 degrees.
3108 @cindex Cross product
3109 @cindex Perpendicular vectors
3110 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3111 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3112 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3113 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3114 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3115 our computation of the angle using the cross product.
3117 @smallexample
3118 @group
3119 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3120 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3121     .          1:  [7, 6, 0]
3122                    .
3124     r 1 r 2        V C  s 3  M-@key{RET}    M-2 A * /                 A I S
3125 @end group
3126 @end smallexample
3128 @noindent
3129 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3130 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3131 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3132 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3134 @c [fix-ref General Mode Commands]
3135 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3136 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3137 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3138 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3139 prefix keys have this property.)
3141 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3142 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3143 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3145 @smallexample
3146 @group
3147 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3148 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3149     .                                 .
3151     r 1 r 3            *          @key{DEL} r 2 r 3            *
3152 @end group
3153 @end smallexample
3155 @cindex Normalizing a vector
3156 @cindex Unit vectors
3157 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3158 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3159 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3160 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3162 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3163 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3164 those positions in the form of a vector, and another list of the
3165 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3166 Find the average position of the particle.
3167 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3169 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3170 @subsection Matrices
3172 @noindent
3173 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3174 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3175 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3176 both methods here:
3178 @smallexample
3179 @group
3180 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3181       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3182     .                             .
3184   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] @key{RET}
3185 @end group
3186 @end smallexample
3188 @noindent
3189 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3191 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3192 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3193 the second example.
3195 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3196 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3197 Row @expr{i}, column @expr{j} of the result is effectively the
3198 dot product of row @expr{i} of the left matrix by column @expr{j}
3199 of the right matrix.
3201 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3202 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3204 @smallexample
3205 @group
3206 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3207       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3208     .
3210     @key{RET} *
3211 @end group
3212 @end smallexample
3214 @noindent
3215 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3216 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3217 been left in symbolic form.
3219 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3221 @smallexample
3222 @group
3223 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3224       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3225 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3226       [ 2, 5 ]                                    .
3227       [ 3, 6 ] ]
3228     .
3230     U v t                   *                     U @key{TAB} *
3231 @end group
3232 @end smallexample
3234 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3235 order of the operands can even change the dimensions of the result
3236 matrix, as happened here!
3238 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3239 single row or column depending on which side of the matrix it is
3240 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3241 as a row or column as appropriate.
3243 @smallexample
3244 @group
3245 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3246       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3247 1:  [1, 2, 3]
3248     .
3250     r 4 r 1                *
3251 @end group
3252 @end smallexample
3254 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3255 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3256 vector.
3258 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3259 of the above 
3260 @texline @math{2\times3}
3261 @infoline 2x3 
3262 matrix to get @expr{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to sum along the columns
3263 to get @expr{[5, 7, 9]}. 
3264 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3266 @cindex Identity matrix
3267 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3268 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3269 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3270 the original matrix.
3272 @smallexample
3273 @group
3274 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3275       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3276     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3277                              [ 0, 1, 0 ]
3278                              [ 0, 0, 1 ] ]
3279                            .
3281     r 4                    v i 3 @key{RET}              *
3282 @end group
3283 @end smallexample
3285 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3286 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3287 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3288 inverse of a matrix.
3290 @smallexample
3291 @group
3292 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3293       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3294       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3295     .                      .
3297     r 4 r 2 |  s 5         &
3298 @end group
3299 @end smallexample
3301 @noindent
3302 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3303 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3304 our matrix to make it square.
3306 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3308 @smallexample
3309 @group
3310 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3311       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3312       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3313     .                         .
3315     M-@key{RET}  *                  U @key{TAB} *
3316 @end group
3317 @end smallexample
3319 @cindex Systems of linear equations
3320 @cindex Linear equations, systems of
3321 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3322 Suppose we had the following set of equations:
3324 @ifnottex
3325 @group
3326 @example
3327     a + 2b + 3c = 6
3328    4a + 5b + 6c = 2
3329    7a + 6b      = 3
3330 @end example
3331 @end group
3332 @end ifnottex
3333 @tex
3334 \turnoffactive
3335 \beforedisplayh
3336 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3337 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3338    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3339    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3340    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3341   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3342  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3343  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3345 \afterdisplayh
3346 @end tex
3348 @noindent
3349 This can be cast into the matrix equation,
3351 @ifnottex
3352 @group
3353 @example
3354    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3355      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3356      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3357 @end example
3358 @end group
3359 @end ifnottex
3360 @tex
3361 \turnoffactive
3362 \beforedisplay
3363 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3364    \times
3365    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3367 \afterdisplay
3368 @end tex
3370 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3371 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3373 @smallexample
3374 @group
3375 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3376 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3377       [ 4, 5, 6 ]
3378       [ 7, 6, 0 ] ]
3379     .
3381     [6,2,3] r 5            /
3382 @end group
3383 @end smallexample
3385 @noindent
3386 The result is the @expr{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3387 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3388 inverse.)
3390 Let's verify this solution:
3392 @smallexample
3393 @group
3394 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3395       [ 4, 5, 6 ]                    .
3396       [ 7, 6, 0 ] ]
3397 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3398     .
3400     r 5  @key{TAB}                         *
3401 @end group
3402 @end smallexample
3404 @noindent
3405 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3406 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3407 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3408 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3409 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3410 vectors, use explicit 
3411 @texline @math{N\times1}
3412 @infoline Nx1
3414 @texline @math{1\times N}
3415 @infoline 1xN
3416 matrices instead.  In this case, you would enter the original column
3417 vector as @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3419 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3420 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3421 system of equations to get expressions for @expr{x} and @expr{y}
3422 in terms of @expr{a} and @expr{b}.
3424 @ifnottex
3425 @group
3426 @example
3427    x + a y = 6
3428    x + b y = 10
3429 @end example
3430 @end group
3431 @end ifnottex
3432 @tex
3433 \turnoffactive
3434 \beforedisplay
3435 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3436              x &+ b y = 10}
3438 \afterdisplay
3439 @end tex
3441 @noindent
3442 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3444 @cindex Least-squares for over-determined systems
3445 @cindex Over-determined systems of equations
3446 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3447 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3448 there are no values for the variables that will satisfy all the
3449 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3450 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3451 you can't solve @expr{A X = B} directly because the matrix @expr{A}
3452 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3453 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3454 on the left by the transpose of @expr{A}:
3455 @ifnottex
3456 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3457 @end ifnottex
3458 @tex
3459 \turnoffactive
3460 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3461 @end tex
3462 Now 
3463 @texline @math{A^T A}
3464 @infoline @expr{trn(A)*A} 
3465 is a square matrix so a solution is possible.  It turns out that the
3466 @expr{X} vector you compute in this way will be a ``least-squares''
3467 solution, which can be regarded as the ``closest'' solution to the set
3468 of equations.  Use Calc to solve the following over-determined
3469 system:
3471 @ifnottex
3472 @group
3473 @example
3474     a + 2b + 3c = 6
3475    4a + 5b + 6c = 2
3476    7a + 6b      = 3
3477    2a + 4b + 6c = 11
3478 @end example
3479 @end group
3480 @end ifnottex
3481 @tex
3482 \turnoffactive
3483 \beforedisplayh
3484 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3485 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3486    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3487    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3488    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3489   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3490  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3491  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3492  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3494 \afterdisplayh
3495 @end tex
3497 @noindent
3498 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3500 @node List Tutorial,  , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3501 @subsection Vectors as Lists
3503 @noindent
3504 @cindex Lists
3505 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3506 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3507 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3508 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3509 number.
3511 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3513 @smallexample
3514 @group
3515 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3516 2:  20             .                2:  20
3517 1:  30                              1:  30
3518     .                                   .
3520                    M-3 v p              v u
3521 @end group
3522 @end smallexample
3524 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3525 of many copies of a given value:
3527 @smallexample
3528 @group
3529 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3530     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3531                         .                   .
3533     v x 4 @key{RET}           17                  v b 4 @key{RET}
3534 @end group
3535 @end smallexample
3537 You can apply an operator to every element of a vector using the
3538 @dfn{map} command.
3540 @smallexample
3541 @group
3542 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3543     .                      .                            .
3545     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3546 @end group
3547 @end smallexample
3549 @noindent
3550 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3551 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3552 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3553 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3554 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3555 of each element.
3557 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3558 from 
3559 @texline @math{2^{-4}}
3560 @infoline @expr{2^-4} 
3561 to @expr{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3563 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3564 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3565 elements in the vector:
3567 @smallexample
3568 @group
3569 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3570     .              .                           .
3572     123123         k f                         V R *
3573 @end group
3574 @end smallexample
3576 @noindent
3577 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3578 multiply those factors together again to yield the original number.
3580 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3581 reduction:
3583 @smallexample
3584 @group
3585 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3586 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3587     .
3589     r 1 r 2           V M *              V R +
3590 @end group
3591 @end smallexample
3593 @noindent
3594 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3595 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3596 for the dot product as before.
3598 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3599 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3600 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3602 @smallexample
3603 @group
3604 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3605     .                         .
3607     v x 6 @key{RET}                 V U *
3608 @end group
3609 @end smallexample
3611 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
3612 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
3613 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
3614 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
3615 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
3616 vector size).
3618 @smallexample
3619 @group
3620 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
3621     .                         .
3623     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3624 @end group
3625 @end smallexample
3627 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
3628 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
3629 ``abbreviated'' like this:
3631 @smallexample
3632 @group
3633 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
3634     .                         .
3636     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3637 @end group
3638 @end smallexample
3640 @noindent
3641 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
3642 You will find both operations are now much faster.  But notice that
3643 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
3644 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
3645 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
3646 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
3647 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
3649 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
3650 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
3651 with the full, unabbreviated value.
3653 @cindex Least-squares for fitting a straight line
3654 @cindex Fitting data to a line
3655 @cindex Line, fitting data to
3656 @cindex Data, extracting from buffers
3657 @cindex Columns of data, extracting
3658 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
3659 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
3660 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
3661 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
3662 of values in a file we have loaded into Emacs:
3664 @smallexample
3665   x        y
3666  ---      ---
3667  1.34    0.234
3668  1.41    0.298
3669  1.49    0.402
3670  1.56    0.412
3671  1.64    0.466
3672  1.73    0.473
3673  1.82    0.601
3674  1.91    0.519
3675  2.01    0.603
3676  2.11    0.637
3677  2.22    0.645
3678  2.33    0.705
3679  2.45    0.917
3680  2.58    1.009
3681  2.71    0.971
3682  2.85    1.062
3683  3.00    1.148
3684  3.15    1.157
3685  3.32    1.354
3686 @end smallexample
3688 @noindent
3689 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
3690 easiest to press @kbd{C-x * i} to enter the on-line Info version of
3691 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
3692 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
3694 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
3695 to the left of the @expr{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
3696 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-@key{SPC}}, or @kbd{NUL}.)
3697 Now position the cursor to the lower-right, just after the @expr{1.354}.
3698 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
3699 in the Info buffer, type @kbd{C-x * r}.  This command
3700 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
3701 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.
3703 @smallexample
3704 @group
3705 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
3706       [ 1.41, 0.298 ]
3707       @dots{}
3708 @end group
3709 @end smallexample
3711 @noindent
3712 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
3713 large matrix.)
3715 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
3716 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
3717 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
3718 of row vectors on the stack.
3720 @smallexample
3721 @group
3722 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3723       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3724     .                                      .
3726     v t                                    v u
3727 @end group
3728 @end smallexample
3730 @noindent
3731 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
3733 @smallexample
3734 @group
3735 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
3736     .
3738     t 2                             t 1
3739 @end group
3740 @end smallexample
3742 @noindent
3743 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
3744 stored value from the stack.)
3746 In a least squares fit, the slope @expr{m} is given by the formula
3748 @ifnottex
3749 @example
3750 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
3751 @end example
3752 @end ifnottex
3753 @tex
3754 \turnoffactive
3755 \beforedisplay
3756 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
3757         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
3758 \afterdisplay
3759 @end tex
3761 @noindent
3762 where 
3763 @texline @math{\sum x}
3764 @infoline @expr{sum(x)} 
3765 represents the sum of all the values of @expr{x}.  While there is an
3766 actual @code{sum} function in Calc, it's easier to sum a vector using a
3767 simple reduction.  First, let's compute the four different sums that
3768 this formula uses.
3770 @smallexample
3771 @group
3772 1:  41.63                 1:  98.0003
3773     .                         .
3775  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
3777 @end group
3778 @end smallexample
3779 @noindent
3780 @smallexample
3781 @group
3782 1:  13.613                1:  33.36554
3783     .                         .
3785  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
3786 @end group
3787 @end smallexample
3789 @ifnottex
3790 @noindent
3791 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
3792 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
3793 @samp{sum(x y)}.)
3794 @end ifnottex
3795 @tex
3796 \turnoffactive
3797 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
3798 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
3799 $\sum x y$.)
3800 @end tex
3802 Finally, we also need @expr{N}, the number of data points.  This is just
3803 the length of either of our lists.
3805 @smallexample
3806 @group
3807 1:  19
3808     .
3810  r 1 v l   t 7
3811 @end group
3812 @end smallexample
3814 @noindent
3815 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
3817 Now we grind through the formula:
3819 @smallexample
3820 @group
3821 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
3822     .          1:  566.70919      .
3823                    .
3825  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
3827 @end group
3828 @end smallexample
3829 @noindent
3830 @smallexample
3831 @group
3832 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
3833 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
3834     .          1:  1733.0569      .
3835                    .
3837  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
3838 @end group
3839 @end smallexample
3841 That gives us the slope @expr{m}.  The y-intercept @expr{b} can now
3842 be found with the simple formula,
3844 @ifnottex
3845 @example
3846 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
3847 @end example
3848 @end ifnottex
3849 @tex
3850 \turnoffactive
3851 \beforedisplay
3852 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
3853 \afterdisplay
3854 \vskip10pt
3855 @end tex
3857 @smallexample
3858 @group
3859 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
3860     .          1:  21.70658       .              .
3861                    .
3863    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
3864 @end group
3865 @end smallexample
3867 Let's ``plot'' this straight line approximation, 
3868 @texline @math{y \approx m x + b},
3869 @infoline @expr{m x + b}, 
3870 and compare it with the original data.
3872 @smallexample
3873 @group
3874 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
3875     .                           .
3877     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
3878 @end group
3879 @end smallexample
3881 @noindent
3882 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
3883 to a vector, can be done without mapping commands since these are
3884 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
3885 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
3887 We can subtract this vector from our original @expr{y} vector to get
3888 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
3890 @smallexample
3891 @group
3892 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
3893     .                            .                            .
3895     r 2 -                        V M A                        V R X
3896 @end group
3897 @end smallexample
3899 @noindent
3900 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
3901 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
3902 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
3903 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
3904 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
3905 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
3906 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
3907 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
3908 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
3910 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
3911 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
3912 GNUPLOT 3.0 or higher, the following instructions will work regardless
3913 of the kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
3914 may require additional steps to view the graphs.)
3916 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@var{x}'' and ``@var{y}''
3917 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
3918 command does everything you need to do for simple, straightforward
3919 plotting of data.
3921 @smallexample
3922 @group
3923 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3924 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3925     .
3927     r 1 r 2    g f
3928 @end group
3929 @end smallexample
3931 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
3932 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
3933 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
3934 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
3935 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
3936 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
3938 Next, let's add the line we got from our least-squares fit.
3939 @ifinfo
3940 (If you are reading this tutorial on-line while running Calc, typing
3941 @kbd{g a} may cause the tutorial to disappear from its window and be
3942 replaced by a buffer named @samp{*Gnuplot Commands*}.  The tutorial
3943 will reappear when you terminate GNUPLOT by typing @kbd{g q}.) 
3944 @end ifinfo
3946 @smallexample
3947 @group
3948 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3949 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
3950     .
3952     @key{DEL} r 0    g a  g p
3953 @end group
3954 @end smallexample
3956 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
3957 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
3958 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
3960 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
3961 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
3962 points are really 19 equations of the form @expr{y_i = m x_i + b} for
3963 different pairs of @expr{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
3964 to solve for @expr{m} and @expr{b}, duplicating the above result.
3965 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
3967 @cindex Geometric mean
3968 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
3969 rectangle, you can use @w{@kbd{C-x * g}} (@code{calc-grab-region})
3970 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
3971 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
3972 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
3973 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
3975 @example
3976 2.3  6  22  15.1  7
3977   15  14  7.5
3978   2.5
3979 @end example
3981 @noindent
3982 The @kbd{C-x * g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
3983 with or without surrounding vector brackets.
3984 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
3986 @ifnottex
3987 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
3988 us that the alternating sum of binomial coefficients
3989 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
3990 on up to @var{n}-choose-@var{n},
3991 always comes out to zero.  Let's verify this
3992 for @expr{n=6}.
3993 @end ifnottex
3994 @tex
3995 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
3996 us that the alternating sum of binomial coefficients
3997 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
3998 always comes out to zero.  Let's verify this
3999 for \cite{n=6}.
4000 @end tex
4002 @smallexample
4003 @group
4004 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4005     .                             .
4007     v x 7 @key{RET}                     1 -
4009 @end group
4010 @end smallexample
4011 @noindent
4012 @smallexample
4013 @group
4014 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4015     .                                        .
4017     V M ' (-1)^$ choose(6,$) @key{RET}             V R +
4018 @end group
4019 @end smallexample
4021 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4022 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4023 inside this expression represents the argument to the function.
4024 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4025 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4027 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4028 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ @key{RET}} is
4029 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4030 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4031 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ @key{RET}}
4032 would act exactly like @kbd{-}.
4034 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4035 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4036 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4037 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4038 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4039 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4040 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4041 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4042 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4043 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4044 property that a nameless function is not actually evaluated until
4045 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4046 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4047 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4048 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4050 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4051 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4052 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4053 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4055 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4056 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4057 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4058 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4059 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4060 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4062 @cindex Divisor functions
4063 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @expr{k}th @dfn{divisor function}
4064 @tex
4065 $\sigma_k(n)$
4066 @end tex
4067 is the sum of the @expr{k}th powers of all the divisors of an
4068 integer @expr{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4069 function for reasonably small values of @expr{n}.  As a test,
4070 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4071 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4073 @cindex Square-free numbers
4074 @cindex Duplicate values in a list
4075 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4076 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4077 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4078 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4079 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4080 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4081 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4083 @cindex Triangular lists
4084 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4085 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4086 command to enable multi-line display of vectors.)
4088 @smallexample
4089 @group
4090 1:  [ [1],
4091       [1, 2],
4092       [1, 2, 3],
4093       [1, 2, 3, 4],
4094       [1, 2, 3, 4, 5],
4095       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4096 @end group
4097 @end smallexample
4099 @noindent
4100 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4102 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4104 @smallexample
4105 @group
4106 1:  [ [0],
4107       [1, 2],
4108       [3, 4, 5],
4109       [6, 7, 8, 9],
4110       [10, 11, 12, 13, 14],
4111       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4112 @end group
4113 @end smallexample
4115 @noindent
4116 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4118 @cindex Maximizing a function over a list of values
4119 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4120 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4121 @texline @math{J_1(x)}
4122 @infoline @expr{J1} 
4123 function @samp{besJ(1,x)} for @expr{x} from 0 to 5 in steps of 0.25.
4124 Find the value of @expr{x} (from among the above set of values) for
4125 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4126 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4127 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4128 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4129 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})
4131 @cindex Digits, vectors of
4132 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4133 @texline @math{0 \le N < 10^m}
4134 @infoline @expr{0 <= N < 10^m} 
4135 for @expr{m=12} (i.e., an integer of less than
4136 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @expr{m}
4137 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4138 add one to this integer to produce a vector of @expr{m+1} digits
4139 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4140 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4141 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4143 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4144 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4145 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4147 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4148 is @cpi{}.  The area of the 
4149 @texline @math{2\times2}
4150 @infoline 2x2
4151 square that encloses that circle is 4.  So if we throw @var{n} darts at
4152 random points in the square, about @cpiover{4} of them will land inside
4153 the circle.  This gives us an entertaining way to estimate the value of 
4154 @cpi{}.  The @w{@kbd{k r}}
4155 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4156 We could get a random floating-point number between @mathit{-1} and 1 by typing
4157 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @expr{(x,y)} points in
4158 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4159 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4160 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4162 @cindex Matchstick problem
4163 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4164 another way to calculate @cpi{}.  Say you have an infinite field
4165 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4166 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4167 a line turns out to be 
4168 @texline @math{2/\pi}.
4169 @infoline @expr{2/pi}.  
4170 Toss 100 matchsticks to estimate @cpi{}.  (If you want still more fun,
4171 the probability that the GCD (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is
4172 one turns out to be 
4173 @texline @math{6/\pi^2}.
4174 @infoline @expr{6/pi^2}.
4175 That provides yet another way to estimate @cpi{}.)
4176 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4178 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4179 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4180 (ASCII) codes of the characters (here, @expr{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4181 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4182 which is just an integer that represents the value of that string.
4183 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4184 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4185 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4186 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4187 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4188 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4189 One popular hash function is computed as follows:  First set @expr{h = 0}.
4190 Then, for each character from the string in turn, set @expr{h = 3h + c_i}
4191 where @expr{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4192 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4193 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4194 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4195 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4197 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4198 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4199 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4200 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4201 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4202 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4203 @expr{(0,0)}; then take one step a random distance between @mathit{-1} and 1
4204 in both @expr{x} and @expr{y}; then take another step, and so on.  Use the
4205 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4206 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4207 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4208 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4210 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4211 @section Types Tutorial
4213 @noindent
4214 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4215 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4217 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4218 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4219 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4220 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4221 which can exactly represent any rational number.
4223 @smallexample
4224 @group
4225 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4226     .          1:  49             .              .              .
4227                    .
4229     10 !           49 @key{RET}         :              2 +            &
4230 @end group
4231 @end smallexample
4233 @noindent
4234 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4235 would normally divide integers to get a floating-point result.
4236 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4237 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4238 fraction beginning with 49.
4240 You can convert between floating-point and fractional format using
4241 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4243 @smallexample
4244 @group
4245 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4246     .                       .
4248     c f                     c F
4249 @end group
4250 @end smallexample
4252 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4253 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4254 same, to within the current precision.
4256 @smallexample
4257 @group
4258 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4259     .                   .                    .            .
4261     P                   c F      @key{DEL}       p 5 @key{RET} P      c F
4262 @end group
4263 @end smallexample
4265 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4266 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4267 product of @cpi{} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4268 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4270 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4272 @smallexample
4273 @group
4274 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4275     .          .             .              .              .
4277     9 n        Q             c p            2 *            Q
4278 @end group
4279 @end smallexample
4281 @noindent
4282 The square root of @mathit{-9} is by default rendered in rectangular form
4283 (@w{@expr{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4284 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4285 operations are defined on both types of complex numbers.
4287 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4288 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4289 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4290 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4291 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4292 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4293 algebraic entry.
4295 @smallexample
4296 @group
4297 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4298 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4299     .              .              .              .
4301 ' inf @key{RET} 17 n     *  @key{RET}         72 +           A              +
4302 @end group
4303 @end smallexample
4305 @noindent
4306 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4307 number (like @mathit{-17}) has no effect, except that since @mathit{-17}
4308 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4309 (``A huge positive number, multiplied by @mathit{-17}, yields a huge
4310 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4311 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4312 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4313 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4314 the answer to be @mathit{-72} for this.  But the 72 has been completely
4315 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4316 the finite difference between them, if any, is undetectable.
4317 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4318 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4320 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4321 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4322 to turn on Infinite mode.
4324 @smallexample
4325 @group
4326 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4327 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4328 1:  0              .              .              .
4329     .
4331   1 @key{RET} 0          /       m i    U /            17 n *         +
4332 @end group
4333 @end smallexample
4335 @noindent
4336 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4337 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4338 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4339 @expr{1 / x} around @w{@expr{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4340 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4341 infinity as you approach from below.  Since we said only @expr{1 / 0},
4342 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4343 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4344 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4345 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4346 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4347 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4348 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4349 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4350 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4351 that matter, with anything else.
4353 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4354 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4355 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4356 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4357 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4359 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4360 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4361 a complex number?  Can it stand for infinity?
4362 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4364 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4365 seconds.
4367 @smallexample
4368 @group
4369 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4370     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4371                                         .
4373   2@@ 30' @key{RET}          1 +               @key{RET} 2 /           /
4374 @end group
4375 @end smallexample
4377 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4378 seconds.
4380 @smallexample
4381 @group
4382 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4383     .              .              .                     .
4385     0.5            I T            c h                   S
4386 @end group
4387 @end smallexample
4389 @noindent
4390 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4391 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4392 functions will accept HMS forms directly as input.
4394 @cindex Beatles
4395 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4396 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4397 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4398 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4399 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4401 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4402 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4403 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4405 @smallexample
4406 @group
4407 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4408 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4409     .
4411 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> @key{RET}           -
4412 @end group
4413 @end smallexample
4415 @noindent
4416 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4417 number of days between them.  It is also possible to add an
4418 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4419 date form.
4421 @smallexample
4422 @group
4423 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4424     .                                    .
4426     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4427 @end group
4428 @end smallexample
4430 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4431 @noindent
4432 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4433 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4434 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4435 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4436 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4437 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4439 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4440 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4442 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4443 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4445 @cindex Slope and angle of a line
4446 @cindex Angle and slope of a line
4447 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4448 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4449 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4450 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4451 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4452 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4454 @smallexample
4455 @group
4456 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4457     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4458                      .
4460     8 p .2 @key{RET}       30 p 1          /                     I T
4461 @end group
4462 @end smallexample
4464 @noindent
4465 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4466 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4467 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4469 @cindex Torus, volume of
4470 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4471 @texline @math{2 \pi^2 R r^2}
4472 @infoline @w{@expr{2 pi^2 R r^2}} 
4473 where @expr{R} is the radius of the circle that
4474 defines the center of the tube and @expr{r} is the radius of the tube
4475 itself.  Suppose @expr{R} is 20 cm and @expr{r} is 4 cm, each known to
4476 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4477 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4479 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4480 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4481 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4482 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4483 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4485 @smallexample
4486 @group
4487 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4488     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4489                       .
4491   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4492 @end group
4493 @end smallexample
4495 @noindent
4496 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4497 is sure to lie in the range shown.
4499 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4500 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4501 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4502 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4503 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4504 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4505 the other.
4507 @smallexample
4508 @group
4509 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4510     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4511                                       .
4513   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4514 @end group
4515 @end smallexample
4517 @noindent
4518 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4519 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4520 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4521 or both endpoints.
4523 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4524 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4525 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4526 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4527 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4529 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4530 are @kbd{@key{RET} *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4531 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4532 If not, which of these will result in a larger interval?
4533 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4535 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @var{m}.
4536 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4537 or 24 hours.
4539 @smallexample
4540 @group
4541 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4542     .                .                .                .
4544     17 M 24 @key{RET}      10 +             n                5 /
4545 @end group
4546 @end smallexample
4548 @noindent
4549 In this last step, Calc has divided by 5 modulo 24; i.e., it has found a
4550 new number which, when multiplied by 5 modulo 24, produces the original
4551 number, 21.  If @var{m} is prime and the divisor is not a multiple of
4552 @var{m}, it is always possible to find such a number.  For non-prime
4553 @var{m} like 24, it is only sometimes possible. 
4555 @smallexample
4556 @group
4557 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4558     .                .                .                .
4560     10 M 24 @key{RET}      100 ^            10 @key{RET} 100 ^     24 %
4561 @end group
4562 @end smallexample
4564 @noindent
4565 These two calculations get the same answer, but the first one is
4566 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4567 that arises in the second one.
4569 @cindex Fermat, primality test of
4570 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4571 says that 
4572 @texline @w{@math{x^{n-1} \bmod n = 1}}
4573 @infoline @expr{x^(n-1) mod n = 1}
4574 if @expr{n} is a prime number and @expr{x} is an integer less than
4575 @expr{n}.  If @expr{n} is @emph{not} a prime number, this will
4576 @emph{not} be true for most values of @expr{x}.  Thus we can test
4577 informally if a number is prime by trying this formula for several
4578 values of @expr{x}.  Use this test to tell whether the following numbers
4579 are prime: 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4581 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4582 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4583 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4584 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4586 @smallexample
4587 @group
4588 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4589     .                                 .
4591     x time @key{RET}                        n
4592 @end group
4593 @end smallexample
4595 @noindent
4596 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4598 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4599 is about 
4600 @texline @math{\pi \times 10^7}
4601 @infoline @w{@expr{pi * 10^7}} 
4602 seconds.  What time will it be that many seconds from right now?
4603 @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4605 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
4606 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
4607 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
4608 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
4609 of music.  Should you order single or double packages?
4610 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
4612 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
4613 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
4614 application of algebraic expressions, where we use variables with
4615 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
4616 like centimeters and inches.
4618 @smallexample
4619 @group
4620 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
4621     .               .                .                   .
4623     ' 2in @key{RET}       u c cm @key{RET}       u c fath @key{RET}        u b
4624 @end group
4625 @end smallexample
4627 @noindent
4628 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
4629 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
4630 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
4631 which in this case means meters.
4633 @smallexample
4634 @group
4635 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
4636     .              .                  .              .
4638  ' 9 acre @key{RET}      Q                  u s            ' $+30 cm @key{RET}
4640 @end group
4641 @end smallexample
4642 @noindent
4643 @smallexample
4644 @group
4645 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
4646     .                .                     .
4648     u s              2 ^                   u c cgs
4649 @end group
4650 @end smallexample
4652 @noindent
4653 Since units expressions are really just formulas, taking the square
4654 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
4655 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
4656 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
4657 being interpreted as unit names.
4659 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
4660 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
4661 as its standard unit of length.
4663 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
4665 @smallexample
4666 @group
4667 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
4668     .              .                  .                     .
4670  ' 55 mph @key{RET}      u c kph @key{RET}        u c km/hr @key{RET}         u c c @key{RET}
4671 @end group
4672 @end smallexample
4674 @noindent
4675 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
4676 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
4677 finally in terms of fractions of the speed of light.
4679 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
4680 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
4681 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
4682 units there is no difference, but temperature units have an offset
4683 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
4684 for them.
4686 @smallexample
4687 @group
4688 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -20:3 degC    1:  -6.666 degC
4689     .                 .                    .                 .
4691   ' 20 degF @key{RET}       u c degC @key{RET}         U u t degC @key{RET}    c f
4692 @end group
4693 @end smallexample
4695 @noindent
4696 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
4697 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
4698 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.  Since
4699 this comes out as an exact fraction, we then convert to floating-point
4700 for easier comparison with the other result.
4702 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
4703 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
4704 When you use this method, you're responsible for remembering which
4705 numbers are in which units:
4707 @smallexample
4708 @group
4709 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
4710     .              .                        .
4712     55             u c mph @key{RET} kph @key{RET}      u c km/hr @key{RET} c @key{RET}
4713 @end group
4714 @end smallexample
4716 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
4717 @w{@kbd{C-x * c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
4718 at the units table.
4720 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
4721 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
4723 @cindex Speed of light
4724 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
4725 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
4726 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
4727 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
4728 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
4730 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
4731 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
4732 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
4733 swallow and still travel legally on most US highways?
4734 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
4736 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
4737 @section Algebra and Calculus Tutorial
4739 @noindent
4740 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
4741 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
4742 formulas.
4744 @menu
4745 * Basic Algebra Tutorial::
4746 * Rewrites Tutorial::
4747 @end menu
4749 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
4750 @subsection Basic Algebra
4752 @noindent
4753 If you enter a formula in Algebraic mode that refers to variables,
4754 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
4755 formulas as regular data objects.
4757 @smallexample
4758 @group
4759 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (6 - 2 x^2) (3 x^2 + y)
4760     .                   .                   .
4762     ' 2x^2-6 @key{RET}        n                   ' 3x^2+y @key{RET} *
4763 @end group
4764 @end smallexample
4766 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x @key{RET} Q 2 ^} and
4767 @kbd{' x @key{RET} 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
4768 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
4770 There are also commands for doing common algebraic operations on
4771 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
4773 @smallexample
4774 @group
4775 1:  18 x^2 + 6 y - 6 x^4 - 2 x^2 y    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
4776     .                                     .
4778     a x                                   a c x @key{RET}
4779 @end group
4780 @end smallexample
4782 @noindent
4783 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
4784 terms involving like powers of @expr{x}.
4786 Let's find the value of this expression when @expr{x} is 2 and @expr{y}
4787 is one-half.
4789 @smallexample
4790 @group
4791 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
4792     .                           .
4794     1:2 s l y @key{RET}               2 s l x @key{RET}
4795 @end group
4796 @end smallexample
4798 @noindent
4799 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
4800 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
4801 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
4802 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
4803 back to its original value, if any.
4805 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
4806 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
4807 unstore it with @kbd{s u x @key{RET}} before the above example will work
4808 properly.)
4810 @cindex Maximum of a function using Calculus
4811 Let's find the maximum value of our original expression when @expr{y}
4812 is one-half and @expr{x} ranges over all possible values.  We can
4813 do this by taking the derivative with respect to @expr{x} and examining
4814 values of @expr{x} for which the derivative is zero.  If the second
4815 derivative of the function at that value of @expr{x} is negative,
4816 the function has a local maximum there.
4818 @smallexample
4819 @group
4820 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
4821     .                           .
4823     U @key{DEL}  s 1                  a d x @key{RET}   s 2
4824 @end group
4825 @end smallexample
4827 @noindent
4828 Well, the derivative is clearly zero when @expr{x} is zero.  To find
4829 the other root(s), let's divide through by @expr{x} and then solve:
4831 @smallexample
4832 @group
4833 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 x / x - 24 x^3 / x    1:  34 - 24 x^2
4834     .                          .                            .
4836     ' x @key{RET} /                  a x                          a s
4838 @end group
4839 @end smallexample
4840 @noindent
4841 @smallexample
4842 @group
4843 1:  34 - 24 x^2 = 0        1:  x = 1.19023
4844     .                          .
4846     0 a =  s 3                 a S x @key{RET}
4847 @end group
4848 @end smallexample
4850 @noindent
4851 Notice the use of @kbd{a s} to ``simplify'' the formula.  When the
4852 default algebraic simplifications don't do enough, you can use
4853 @kbd{a s} to tell Calc to spend more time on the job.
4855 Now we compute the second derivative and plug in our values of @expr{x}:
4857 @smallexample
4858 @group
4859 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
4860     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
4861                        .                   .
4863     a .                r 2                 a d x @key{RET} s 4
4864 @end group
4865 @end smallexample
4867 @noindent
4868 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
4869 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
4870 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 @key{DEL}}
4871 to delete the @samp{x}.)
4873 @smallexample
4874 @group
4875 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
4876 1:  1.19023           .            1:  0                   .
4877     .                                  .
4879     @key{TAB}               s l x @key{RET}        U @key{DEL} 0             s l x @key{RET}
4880 @end group
4881 @end smallexample
4883 @noindent
4884 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
4885 has a maximum value at @expr{x = 1.19023}.  (The function also has a
4886 local @emph{minimum} at @expr{x = 0}.)
4888 When we solved for @expr{x}, we got only one value even though
4889 @expr{34 - 24 x^2 = 0} is a quadratic equation that ought to have
4890 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
4891 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
4892 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @expr{+}.
4893 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
4894 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
4896 @smallexample
4897 @group
4898 1:  34 - 24 x^2 = 0    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
4899     .                      .                       .
4901     r 3                    H a S x @key{RET}  s 5        1 n  s l s1 @key{RET}
4902 @end group
4903 @end smallexample
4905 @noindent
4906 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
4907 it is supposed to be either @mathit{+1} or @mathit{-1}.  Here we have used
4908 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
4909 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
4910 negative, answer, so @expr{x = -1.19023} is also a maximum.
4912 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @expr{x}
4913 into the original formula.
4915 @smallexample
4916 @group
4917 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
4918 1:  x = 1.19023 s1            .
4919     .
4921     r 1 r 5                   s l @key{RET}
4922 @end group
4923 @end smallexample
4925 @noindent
4926 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
4927 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
4928 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
4930 It's clear that this will have the same value for either sign of
4931 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
4933 @smallexample
4934 @group
4935 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
4936 1:  24.08333 s1^2 ...        .
4937     .
4939   [ 1 n , 1 ] @key{TAB}            V M $ @key{RET}
4940 @end group
4941 @end smallexample
4943 @noindent
4944 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
4945 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
4946 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
4947 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
4948 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
4949 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
4950 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
4951 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
4952 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
4953 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
4955 If there had been several different values, we could have used
4956 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
4958 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
4959 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
4960 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
4961 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
4962 @expr{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
4963 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
4964 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
4965 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
4967 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
4968 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
4969 sequence of commands would you use to reconstruct the original
4970 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
4971 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
4972 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
4974 The @kbd{m s} command enables Symbolic mode, in which formulas
4975 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
4976 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
4977 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
4979 @smallexample
4980 @group
4981 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
4982 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
4983     .                        .
4985     r 2  @key{RET}     m s  m f    a P x @key{RET}
4986 @end group
4987 @end smallexample
4989 One more mode that makes reading formulas easier is Big mode.
4991 @smallexample
4992 @group
4993                3
4994 2:  34 x - 24 x
4996       ____   ____
4997      V 51   V 51
4998 1:  [-----, -----, 0]
4999        6     -6
5001     .
5003     d B
5004 @end group
5005 @end smallexample
5007 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5008 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5009 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, @TeX{} mode
5010 and La@TeX{} mode.
5012 @smallexample
5013 @group
5014 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5015 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5016     .                                     .
5018     d C                                   d F
5020 @end group
5021 @end smallexample
5022 @noindent
5023 @smallexample
5024 @group
5025 3:  34 x - 24 x^3
5026 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5027 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5028     .
5030     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 @key{RET}
5031 @end group
5032 @end smallexample
5034 @noindent
5035 As you can see, language modes affect both entry and display of
5036 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5037 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5038 and notations for vectors and matrices.
5040 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5041 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5042 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5043 produced by the various language modes to make sure they are fully
5044 correct.
5046 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5047 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5048 are shown in normal mode.)
5050 @cindex Area under a curve
5051 What is the area under the portion of this curve from @expr{x = 1} to @expr{2}?
5052 This is simply the integral of the function:
5054 @smallexample
5055 @group
5056 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5057     .                          .
5059     r 1                        a i x
5060 @end group
5061 @end smallexample
5063 @noindent
5064 We want to evaluate this at our two values for @expr{x} and subtract.
5065 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5067 @smallexample
5068 @group
5069 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5070 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5072    [ 2 , 1 ] @key{TAB}          V M $ @key{RET}                  V R -
5073 @end group
5074 @end smallexample
5076 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @expr{y}
5077 of 
5078 @texline @math{x \sin \pi x}
5079 @infoline @w{@expr{x sin(pi x)}} 
5080 (where the sine is calculated in radians).  Find the values of the
5081 integral for integers @expr{y} from 1 to 5.  @xref{Algebra Answer 3,
5082 3}. (@bullet{})
5084 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5085 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5086 under the curve 
5087 @texline @math{\sin x \ln x}
5088 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5089 over the same range of @expr{x}.  If you entered this formula and typed
5090 @kbd{a i x @key{RET}} (don't bother to try this), Calc would work for a
5091 long time but would be unable to find a solution.  In fact, there is no
5092 closed-form solution to this integral.  Now what do we do?
5094 @cindex Integration, numerical
5095 @cindex Numerical integration
5096 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5097 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5098 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5099 We can save some time by reducing the working precision.
5101 @smallexample
5102 @group
5103 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5104 2:  1                       .
5105 1:  0.1
5106     .
5108  10 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}        C-u v x
5109 @end group
5110 @end smallexample
5112 @noindent
5113 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5114 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 @key{RET} 9 + .1 *}.)
5116 @smallexample
5117 @group
5118 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5119 1:  sin(x) ln(x)                    .
5120     .
5122     ' sin(x) ln(x) @key{RET}  s 1    m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
5124 @end group
5125 @end smallexample
5126 @noindent
5127 @smallexample
5128 @group
5129 1:  3.4195     0.34195
5130     .          .
5132     V R +      0.1 *
5133 @end group
5134 @end smallexample
5136 @noindent
5137 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5138 to Radians mode?)
5140 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5141 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5142 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5143 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5144 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5145 is the same for every box.)
5147 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5148 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5150 @smallexample
5151 @group
5152 1:  sin(x) ln(x)    1:  0.84147 x - 0.84147 + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5153     .                   .
5155     r 1                 a t x=1 @key{RET} 4 @key{RET}
5156 @end group
5157 @end smallexample
5159 @noindent
5160 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5161 about the point @expr{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5162 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5164 @smallexample
5165 @group
5166 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5167     .                        .                            .
5169     a i x @key{RET}            [ 2 , 1 ] @key{TAB}  V M $ @key{RET}         V R -
5170 @end group
5171 @end smallexample
5173 @noindent
5174 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5175 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5176 (Taylor series converge better away from singularities in the
5177 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5178 expand the series about the points @expr{x=2} or @expr{x=1.5} instead
5179 of @expr{x=1}.)
5181 @cindex Simpson's rule
5182 @cindex Integration by Simpson's rule
5183 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5184 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5185 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5186 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5187 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5188 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5189 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5190 down to the formula,
5192 @ifnottex
5193 @example
5194 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5195               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5196 @end example
5197 @end ifnottex
5198 @tex
5199 \turnoffactive
5200 \beforedisplay
5201 $$ \displaylines{
5202       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5203    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5204 } $$
5205 \afterdisplay
5206 @end tex
5208 @noindent
5209 where @expr{n} (which must be even) is the number of slices and @expr{h}
5210 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5211 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5212 method:
5214 @ifnottex
5215 @example
5216 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5217           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5218 @end example
5219 @end ifnottex
5220 @tex
5221 \turnoffactive
5222 \beforedisplay
5223 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5224            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5225 \afterdisplay
5226 @end tex
5228 Compute the integral from 1 to 2 of 
5229 @texline @math{\sin x \ln x}
5230 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5231 using Simpson's rule with 10 slices.  
5232 @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5234 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5235 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5236 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5237 result until the current precision is satisfied.
5239 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5240 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5241 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5242 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5243 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5244 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5245 details and examples.
5247 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5248 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5250 @node Rewrites Tutorial,  , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5251 @subsection Rewrite Rules
5253 @noindent
5254 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5255 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5256 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5257 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5259 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5261 @smallexample
5262 @group
5263 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)
5264     .
5266     ' 1/cos(x) - sin(x) tan(x) @key{RET}   s 1
5267 @end group
5268 @end smallexample
5270 @noindent
5271 If we were simplifying this by hand, we'd probably replace the
5272 @samp{tan} with a @samp{sin/cos} first, then combine over a common
5273 denominator.  There is no Calc command to do the former; the @kbd{a n}
5274 algebra command will do the latter but we'll do both with rewrite
5275 rules just for practice.
5277 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5279 @smallexample
5280 @group
5281 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)
5282     .
5284     a r tan(a) := sin(a)/cos(a) @key{RET}
5285 @end group
5286 @end smallexample
5288 @noindent
5289 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5290 by itself the formula @samp{tan(a) := sin(a)/cos(a)} doesn't do anything,
5291 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5292 it as a rewrite rule.)
5294 The lefthand side, @samp{tan(a)}, is called the @dfn{pattern} of the
5295 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5296 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5297 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5298 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5299 the actual variable @samp{x}.
5301 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5302 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5303 substituted with the things they matched.  So the result is
5304 @samp{sin(x) / cos(x)}.  Calc's normal algebraic simplifications then
5305 mix this in with the rest of the original formula.
5307 To merge over a common denominator, we can use another simple rule:
5309 @smallexample
5310 @group
5311 1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5312     .
5314     a r a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}
5315 @end group
5316 @end smallexample
5318 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5319 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5320 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5321 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5322 denominators.
5324 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5325 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5326 the subformula @samp{cos(x)}; Calc never confuses the two meanings of
5327 @samp{x}.
5329 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5330 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5331 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5332 @samp{a = 1}, @samp{b = -sin(x)^2}, and @samp{x = cos(x)}.
5334 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5335 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5336 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5337 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5338 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5339 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5341 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5342 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}, but of course we must first rearrange
5343 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5344 would be @samp{@w{1 - sin(x)^2} := cos(x)^2}, but a little thought shows
5345 that the rule @samp{sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2} will also work.  The
5346 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5347 situations, too.
5349 @smallexample
5350 @group
5351 1:  (1 + cos(x)^2 - 1) / cos(x)           1:  cos(x)
5352     .                                         .
5354     a r sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}          a s
5355 @end group
5356 @end smallexample
5358 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5359 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5360 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5361 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5362 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5363 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5364 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5365 having to retype it.
5367 @smallexample
5368 @group
5369 ' tan(x) := sin(x)/cos(x) @key{RET}      s t tsc @key{RET}
5370 ' a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}         s t merge @key{RET}
5371 ' sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}     s t sinsqr @key{RET}
5373 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)     1:  cos(x)
5374     .                                  .
5376     r 1                a r tsc @key{RET}  a r merge @key{RET}  a r sinsqr @key{RET}  a s
5377 @end group
5378 @end smallexample
5380 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5381 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{C-c C-c} to store
5382 the edited value back into the variable. 
5383 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5385 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5386 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5387 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5388 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5389 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5390 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5391 another good reason to store your rules in variables rather than
5392 entering them on the fly.
5394 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get Symbolic
5395 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5396 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying the top and
5397 bottom by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5398 to be expanded by the distributive law; do this with another
5399 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5401 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5402 a variable containing a vector of rules.
5404 @smallexample
5405 @group
5406 1:  [tsc, merge, sinsqr]          1:  [tan(x) := sin(x) / cos(x), ... ]
5407     .                                 .
5409     ' [tsc,merge,sinsqr] @key{RET}          =
5411 @end group
5412 @end smallexample
5413 @noindent
5414 @smallexample
5415 @group
5416 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)    1:  cos(x)
5417     .                                 .
5419     s t trig @key{RET}  r 1                 a r trig @key{RET}  a s
5420 @end group
5421 @end smallexample
5423 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5424 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5425 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5426 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5427 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5428 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5430 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5431 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5432 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5433 only one rewrite at a time.
5435 @smallexample
5436 @group
5437 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)    1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5438     .                                     .
5440     r 1  M-1 a r trig @key{RET}                 M-1 a r trig @key{RET}
5441 @end group
5442 @end smallexample
5444 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5445 of rewrites that occur.
5447 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5448 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5450 @smallexample
5451 @group
5452 1:  exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i)
5453     .
5455     ' exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i) @key{RET}
5457 @end group
5458 @end smallexample
5459 @noindent
5460 @smallexample
5461 @group
5462 1:  1 + exp(3 pi i) + 1
5463     .
5465     a r exp(k pi i) := 1 :: k % 2 = 0 @key{RET}
5466 @end group
5467 @end smallexample
5469 @noindent
5470 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5471 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5473 An interesting point is that the variables @samp{pi} and @samp{i}
5474 were matched literally rather than acting as meta-variables.
5475 This is because they are special-constant variables.  The special
5476 constants @samp{e}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5477 A common error with rewrite
5478 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5479 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5480 only when the fifth argument is literally @samp{e}!
5482 @cindex Fibonacci numbers
5483 @ignore
5484 @starindex
5485 @end ignore
5486 @tindex fib
5487 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5488 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5489 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5490 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5491 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5493 @smallexample
5494 @group
5495 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] @key{RET}  s t fib
5497 1:  fib(7)               1:  13
5498     .                        .
5500     ' fib(7) @key{RET}             a r fib @key{RET}
5501 @end group
5502 @end smallexample
5504 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5505 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5506 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5507 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5508 be used preferentially.
5510 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5511 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5512 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5513 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5514 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5515 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5516 @w{@kbd{s e fib @key{RET}}}, then edit the third rule to:
5518 @smallexample
5519 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5520 @end smallexample
5522 @noindent
5523 Now:
5525 @smallexample
5526 @group
5527 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  8 + fib(x) + fib(0)
5528     .                                 .
5530     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) @key{RET}        a r fib @key{RET}
5531 @end group
5532 @end smallexample
5534 @noindent
5535 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5536 @w{@kbd{a r fib @key{RET}}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5537 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5538 apply these rules automatically by storing them in the special
5539 variable @code{EvalRules}.
5541 @smallexample
5542 @group
5543 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5544     .                                       .
5546     s r fib @key{RET}        s t EvalRules @key{RET}    ' [fib(6), fib(7)] @key{RET}
5547 @end group
5548 @end smallexample
5550 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5551 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5552 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5554 @smallexample
5555 @group
5556 fib(6) =
5557 fib(5)              +               fib(4) =
5558 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5559 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5560 @end group
5561 @end smallexample
5563 @noindent
5564 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5565 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5566 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5567 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5568 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5569 @code{EvalRules}) and add another condition:
5571 @smallexample
5572 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5573 @end smallexample
5575 @noindent
5576 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5577 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5578 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5579 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5580 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5581 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5583 Type @kbd{' fib(8) @key{RET}} to compute the eighth Fibonacci number, then
5584 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5586 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5587 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5588 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5589 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5590 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5592 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5593 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules @key{RET}} now to
5594 un-store the variable.
5596 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5597 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5598 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5599 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5600 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5601 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5602 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5603 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5604 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
5606 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
5607 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
5608 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
5609 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
5611 @example
5612 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
5613 @end example
5615 @noindent
5616 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
5617 to 1.''
5619 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
5620 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
5621 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
5622 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
5623 and one for @samp{b}.
5625 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
5626 on the stack and tried to use the rule
5627 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
5628 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
5630 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @expr{a},
5631 divide @expr{a} by two if it is even, otherwise compute @expr{3 a + 1}.
5632 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
5633 is that for any starting @expr{a}, the sequence always eventually
5634 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
5635 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
5636 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
5637 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
5638 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
5639 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
5640 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
5641 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
5642 vector @expr{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
5643 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
5645 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
5646 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
5647 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
5648 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
5649 so that @expr{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
5650 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
5652 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  A Taylor series for a function is an
5653 infinite series that exactly equals the value of that function at
5654 values of @expr{x} near zero.
5656 @ifnottex
5657 @example
5658 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
5659 @end example
5660 @end ifnottex
5661 @tex
5662 \turnoffactive
5663 \beforedisplay
5664 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
5665 \afterdisplay
5666 @end tex
5668 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
5669 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @expr{x^2}.
5670 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @expr{x}.
5671 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
5672 that records what was the lowest term that was truncated.
5674 @ifnottex
5675 @example
5676 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
5677 @end example
5678 @end ifnottex
5679 @tex
5680 \turnoffactive
5681 \beforedisplay
5682 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
5683 \afterdisplay
5684 @end tex
5686 @noindent
5687 The meaning of @expr{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
5688 if @expr{x^3} is considered negligibly small as @expr{x} goes to zero.''
5690 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
5691 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
5692 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
5693 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
5694 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
5695 rearranged or if @kbd{a s} needs to be typed after rewriting.  (This one
5696 is rather tricky; the solution at the end of this chapter uses 6 rewrite
5697 rules.  Hint:  The @samp{constant(x)} condition tests whether @samp{x} is
5698 a number.)  @xref{Rewrites Answer 6, 6}. (@bullet{})
5700 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
5701 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
5702 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
5704 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
5706 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
5707 @section Programming Tutorial
5709 @noindent
5710 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
5711 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
5712 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
5713 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
5714 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
5715 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
5717 One very limited form of programming is defining your own functions.
5718 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
5719 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
5720 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
5721 case @kbd{z} prefix.
5723 @smallexample
5724 @group
5725 1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6         1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6
5726     .                                     .
5728     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! @key{RET}         Z F e myexp @key{RET} @key{RET} @key{RET} y
5729 @end group
5730 @end smallexample
5732 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
5733 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
5734 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
5735 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
5736 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
5737 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
5738 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
5739 arguments?''
5741 @smallexample
5742 @group
5743 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
5744     .          1:  1.34986    2:  1.34986
5745                    .          1:  myexp(a + 1)
5746                                   .
5748     .3 z e         .3 E           ' a+1 @key{RET} z e
5749 @end group
5750 @end smallexample
5752 @noindent
5753 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
5754 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
5755 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
5756 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
5757 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
5758 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
5759 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
5761 @cindex Sine integral Si(x)
5762 @ignore
5763 @starindex
5764 @end ignore
5765 @tindex Si
5766 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
5767 @texline @math{{\rm Si}(x)}
5768 @infoline @expr{Si(x)} 
5769 is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
5770 @expr{t = 0} to @expr{x} in radians.  (It was invented because this
5771 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
5772 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
5773 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
5774 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
5775 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
5776 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
5777 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
5778 0.946083. (If you don't get this answer, you might want to check that
5779 Calc is in Radians mode.  Also, @code{ninteg} will run a lot faster if
5780 you reduce the precision to, say, six digits beforehand.)
5781 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
5783 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
5784 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
5785 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
5786 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
5787 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
5789 @smallexample
5790 @group
5791 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
5792     .                        .
5794     ' y=sqrt(x) @key{RET}       C-x ( H a S x @key{RET} C-x )
5796 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 pi n1
5797     .                        .
5799     ' y=cos(x) @key{RET}           X
5800 @end group
5801 @end smallexample
5803 @noindent
5804 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
5805 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
5806 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
5807 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
5808 re-execute the same keystrokes.
5810 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
5812 @smallexample
5813 @group
5814 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
5815                        .                   .
5817   Z K x @key{RET}            ' y=x^4 @key{RET}         z x
5818 @end group
5819 @end smallexample
5821 @noindent
5822 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
5823 @kbd{z} to call it up.
5825 Keyboard macros can call other macros.
5827 @smallexample
5828 @group
5829 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
5830     .                 .                           .            .
5832  ' abs(x) @key{RET}   C-x ( ' y @key{RET} a = z x C-x )    ' 2/x @key{RET}       X
5833 @end group
5834 @end smallexample
5836 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
5837 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
5838 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
5840 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
5841 the following functions:
5843 @enumerate
5844 @item
5845 Compute 
5846 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}},
5847 @infoline @expr{sin(x) / x}, 
5848 where @expr{x} is the number on the top of the stack.
5850 @item
5851 Compute the base-@expr{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
5852 the arguments are taken in the opposite order.
5854 @item
5855 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
5856 the stack.
5857 @end enumerate
5858 @noindent
5859 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
5861 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
5862 the average (mean) value of a list of numbers.
5863 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
5865 In many programs, some of the steps must execute several times.
5866 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
5867 inside keyboard macros, but actually work at any time.
5869 @smallexample
5870 @group
5871 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
5872     .            1:  4             .
5873                      .
5875   ' x^6 @key{RET}          4         Z < a d x @key{RET} Z >
5876 @end group
5877 @end smallexample
5879 @noindent
5880 Here we have computed the fourth derivative of @expr{x^6} by
5881 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
5882 This structure pops a repeat count from the stack, then
5883 executes the body of the loop that many times.
5885 If you make a mistake while entering the body of the loop,
5886 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
5888 @cindex Fibonacci numbers
5889 Here's another example:
5891 @smallexample
5892 @group
5893 3:  1               2:  10946
5894 2:  1               1:  17711
5895 1:  20                  .
5896     .
5898 1 @key{RET} @key{RET} 20       Z < @key{TAB} C-j + Z >
5899 @end group
5900 @end smallexample
5902 @noindent
5903 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
5904 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
5905 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
5906 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
5908 @cindex Golden ratio
5909 @cindex Phi, golden ratio
5910 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @expr{n}th
5911 Fibonacci number can be found directly by computing 
5912 @texline @math{\phi^n / \sqrt{5}}
5913 @infoline @expr{phi^n / sqrt(5)}
5914 and then rounding to the nearest integer, where 
5915 @texline @math{\phi} (``phi''),
5916 @infoline @expr{phi}, 
5917 the ``golden ratio,'' is 
5918 @texline @math{(1 + \sqrt{5}) / 2}.
5919 @infoline @expr{(1 + sqrt(5)) / 2}. 
5920 (For convenience, this constant is available from the @code{phi}
5921 variable, or the @kbd{I H P} command.)
5923 @smallexample
5924 @group
5925 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
5926     .                   .                    .                    .
5928     I H P               21 ^                 5 Q /                R
5929 @end group
5930 @end smallexample
5932 @cindex Continued fractions
5933 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
5934 representation of 
5935 @texline @math{\phi}
5936 @infoline @expr{phi} 
5937 is 
5938 @texline @math{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))}.
5939 @infoline @expr{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
5940 We can compute an approximate value by carrying this however far
5941 and then replacing the innermost 
5942 @texline @math{1/( \ldots )}
5943 @infoline @expr{1/( ...@: )} 
5944 by 1.  Approximate
5945 @texline @math{\phi}
5946 @infoline @expr{phi} 
5947 using a twenty-term continued fraction.
5948 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
5950 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
5951 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
5952 vector @w{@expr{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
5953 vector, produces the vector @expr{[b, c]}, where @expr{a}, @expr{b} and
5954 @expr{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
5955 that, given an integer @expr{n}, computes the @expr{n}th Fibonacci number
5956 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
5958 @cindex Harmonic numbers
5959 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
5960 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
5961 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
5963 @smallexample
5964 @group
5965 3:  0               1:  3.597739
5966 2:  1                   .
5967 1:  20
5968     .
5970 0 @key{RET} 1 @key{RET} 20         Z ( & + 1 Z )
5971 @end group
5972 @end smallexample
5974 @noindent
5975 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
5976 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
5977 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
5978 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
5979 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
5980 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
5981 uses a step of one.
5983 This harmonic number function uses the stack to hold the running
5984 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
5985 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
5987 @smallexample
5988 @group
5989 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
5990     .         1:  20                                  .
5991                   .
5993     0 t 7       1 @key{RET} 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
5994 @end group
5995 @end smallexample
5997 @noindent
5998 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
5999 variable (and removes that value from the stack).
6001 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
6002 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6003 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6004 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6005 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6006 probably easier than using loops.  However, there are some
6007 situations where loops really are the way to go:
6009 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6010 harmonic number which is greater than 4.0.
6011 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6013 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6014 we have to worry about the programs clobbering values that the
6015 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6016 fix, though:
6018 @smallexample
6019 @group
6020     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6021                  .                .          2:  3.597739
6022                                              1:  0.6667
6023                                                  .
6025    Z `    p 4 @key{RET} 2 @key{RET} 3 /   s 7 s s a @key{RET}    Z '  r 7 s r a @key{RET}
6026 @end group
6027 @end smallexample
6029 @noindent
6030 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6031 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6032 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6033 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6034 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6035 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6036 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6037 the contents of the stack, and the values of named variables,
6038 survive past the @kbd{Z '} command.
6040 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6041 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6042 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6043 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6044 by the formula 
6045 @texline @math{\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}}.
6046 @infoline @expr{2 n!@: / (2 pi)^n}.  
6047 Let's write a keyboard macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.
6048 (Calc has a command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6049 this command is very slow for large @expr{n} since the higher Bernoulli
6050 numbers are very large fractions.)
6052 @smallexample
6053 @group
6054 1:  10               1:  0.0756823
6055     .                    .
6057     10     C-x ( @key{RET} 2 % Z [ @key{DEL} 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ @key{RET} = Z ] C-x )
6058 @end group
6059 @end smallexample
6061 @noindent
6062 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6063 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6064 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6065 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6066 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6067 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6068 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6070 The actual tenth Bernoulli number is @expr{5/66}.
6072 @smallexample
6073 @group
6074 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6075 2:  5:66             .              .              .              .
6076 1:  0.0757575
6077     .
6079 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
6080 @end group
6081 @end smallexample
6083 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6084 Bernoulli numbers.
6086 @smallexample
6087 @group
6088 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6089 2:  2                  .
6090 1:  30
6091     .
6093  [ ] 2 @key{RET} 30          Z ( X | 2 Z )
6094 @end group
6095 @end smallexample
6097 @noindent
6098 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6099 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6100 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6101 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6102 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6103 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6104 sequence of keystrokes.)
6106 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6107 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6108 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6109 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6110 ``while'' and ``until'' style loops.
6112 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6113 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6114 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6115 then enter the real one in the edit command.
6117 @smallexample
6118 @group
6119 1:  3                   1:  3           Calc Macro Edit Mode.
6120     .                       .           Original keys: 1 <return> 2 +
6122                                         1                          ;; calc digits
6123                                         RET                        ;; calc-enter
6124                                         2                          ;; calc digits
6125                                         +                          ;; calc-plus
6127 C-x ( 1 @key{RET} 2 + C-x )    Z K h @key{RET}      Z E h
6128 @end group
6129 @end smallexample
6131 @noindent
6132 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6133 @file{edmacro} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6134 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6135 Descriptions of the keystrokes are given as comments, which begin with
6136 @samp{;;}, and which are ignored when the edited macro is saved.
6137 Spaces and line breaks are also ignored when the edited macro is saved.
6138 To enter a space into the macro, type @code{SPC}.  All the special
6139 characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL},
6140 and @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes
6141 @code{C-} and @code{M-}.
6143 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6144 First, erase the four lines of the old definition.  Then, type
6145 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6146 to copy it from this page of the Info file; you can of course skip
6147 typing the comments, which begin with @samp{;;}).
6149 @smallexample
6150 Z`                      ;; calc-kbd-push     (Save local values)
6151 0                       ;; calc digits       (Push a zero onto the stack)
6152 st                      ;; calc-store-into   (Store it in the following variable)
6153 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6154 1                       ;; calc digits       (Initial value for the loop) 
6155 TAB                     ;; calc-roll-down    (Swap initial and final)
6156 Z(                      ;; calc-kbd-for      (Begin the "for" loop)
6157 &                       ;; calc-inv          (Take the reciprocal)
6158 s+                      ;; calc-store-plus   (Add to the following variable)
6159 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6160 1                       ;; calc digits       (The loop step is 1)
6161 Z)                      ;; calc-kbd-end-for  (End the "for" loop)
6162 sr                      ;; calc-recall       (Recall the final accumulated value)
6163 1                       ;; calc quick variable (Quick variable q1)
6164 Z'                      ;; calc-kbd-pop      (Restore values)
6165 @end smallexample
6167 @noindent
6168 Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and return to the Calculator.
6170 @smallexample
6171 @group
6172 1:  20         1:  3.597739
6173     .              .
6175     20             z h
6176 @end group
6177 @end smallexample
6179 The @file{edmacro} package defines a handy @code{read-kbd-macro} command
6180 which reads the current region of the current buffer as a sequence of
6181 keystroke names, and defines that sequence on the @kbd{X} 
6182 (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so useful, Calc puts this
6183 command on the @kbd{C-x * m} key.  Try reading in this macro in the
6184 following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}}) at 
6185 one end of the text below, then type @kbd{C-x * m} at the other.
6187 @example
6188 @group
6189 Z ` 0 t 1
6190     1 TAB
6191     Z (  & s + 1  1 Z )
6192     r 1
6193 Z '
6194 @end group
6195 @end example
6197 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6198 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6199 @expr{f(x) = 0} for any function @expr{f}, and an initial guess
6200 @expr{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6201 this formula over and over:
6203 @ifnottex
6204 @example
6205 new_x = x - f(x)/f'(x)
6206 @end example
6207 @end ifnottex
6208 @tex
6209 \beforedisplay
6210 $$ x_{\rm new} = x - {f(x) \over f'(x)} $$
6211 \afterdisplay
6212 @end tex
6214 @noindent
6215 where @expr{f'(x)} is the derivative of @expr{f}.  The @expr{x}
6216 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6217 @texline @math{x_{\rm new}}
6218 @infoline @expr{new_x} 
6219 and @expr{x} will be equal to within the limits
6220 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6221 involving the variable @expr{x}, and an initial guess @expr{x_0},
6222 on the stack, and produces a value of @expr{x} for which the formula
6223 is zero.  Use it to find a solution of 
6224 @texline @math{\sin(\cos x) = 0.5}
6225 @infoline @expr{sin(cos(x)) = 0.5}
6226 near @expr{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6227 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6228 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6230 @cindex Digamma function
6231 @cindex Gamma constant, Euler's
6232 @cindex Euler's gamma constant
6233 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function 
6234 @texline @math{\psi(z) (``psi'')}
6235 @infoline @expr{psi(z)}
6236 is defined as the derivative of 
6237 @texline @math{\ln \Gamma(z)}.
6238 @infoline @expr{ln(gamma(z))}.  
6239 For large values of @expr{z}, it can be approximated by the infinite sum
6241 @ifnottex
6242 @example
6243 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6244 @end example
6245 @end ifnottex
6246 @tex
6247 \beforedisplay
6248 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6249    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6251 \afterdisplay
6252 @end tex
6254 @noindent
6255 where 
6256 @texline @math{\sum}
6257 @infoline @expr{sum} 
6258 represents the sum over @expr{n} from 1 to infinity
6259 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6260 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6261 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6262 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6263 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6264 @texline @math{\gamma = -\psi(1)}.
6265 @infoline @expr{gamma = -psi(1)}.  
6266 Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6267 for the above formula to work (5 is a much safer value for @expr{z}).
6268 Fortunately, we can compute 
6269 @texline @math{\psi(1)}
6270 @infoline @expr{psi(1)} 
6271 from 
6272 @texline @math{\psi(5)}
6273 @infoline @expr{psi(5)} 
6274 using the recurrence 
6275 @texline @math{\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}}.
6276 @infoline @expr{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.  
6277 Your task:  Develop a program to compute 
6278 @texline @math{\psi(z)};
6279 @infoline @expr{psi(z)}; 
6280 it should ``pump up'' @expr{z}
6281 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6282 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6283 to compute 
6284 @texline @math{\gamma}
6285 @infoline @expr{gamma} 
6286 to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6287 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6288 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6290 @cindex Polynomial, list of coefficients
6291 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @expr{x} and
6292 a number @expr{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6293 @expr{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @expr{x^m}),
6294 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6295 notation.  For example, @expr{5 x^4 + (x + 1)^2} with @expr{m = 6}
6296 should produce the list @expr{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6297 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6298 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6300 @cindex Recursion
6301 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6302 first kind} are defined by the recurrences,
6304 @ifnottex
6305 @example
6306 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6307 s(n,0) = 0   for n > 0,
6308 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6309 @end example
6310 @end ifnottex
6311 @tex
6312 \turnoffactive
6313 \beforedisplay
6314 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6315              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6316              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6317                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6319 \afterdisplay
6320 \vskip5pt
6321 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6322 @end tex
6324 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6325 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6326 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6327 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6328 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6329 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6330 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6331 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6332 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6333 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6334 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6335 or @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6336 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6337 that computes Stirling numbers of the first kind, given @expr{n} and
6338 @expr{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6339 @expr{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6340 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6341 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6343 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6344 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6345 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6346 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6347 program can:
6349 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6350 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6351 rewrite rules.  Once again, @expr{n} and @expr{m} should be taken
6352 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6354 @example
6356 @end example
6357 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6358 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6359 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6360 @c [not-split]
6361 The rest of this manual tells the whole story.
6362 @c [when-split]
6363 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6365 @page
6366 @node Answers to Exercises,  , Programming Tutorial, Tutorial
6367 @section Answers to Exercises
6369 @noindent
6370 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6372 @menu
6373 * RPN Answer 1::           1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -
6374 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6375 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6376 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6377 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6378 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6379 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6380 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6381 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6382 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6383 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6384 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6385 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6386 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6387 * Vector Answer 2::        Average position
6388 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6389 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6390 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6391 * List Answer 1::          Powers of two
6392 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6393 * List Answer 3::          Geometric mean
6394 * List Answer 4::          Divisor function
6395 * List Answer 5::          Duplicate factors
6396 * List Answer 6::          Triangular list
6397 * List Answer 7::          Another triangular list
6398 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6399 * List Answer 9::          Integers the hard way
6400 * List Answer 10::         All elements equal
6401 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6402 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6403 * List Answer 13::         Hash codes
6404 * List Answer 14::         Random walk
6405 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6406 * Types Answer 2::         Infinities
6407 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6408 * Types Answer 4::         Abbey Road
6409 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6410 * Types Answer 6::         Leap years
6411 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6412 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6413 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6414 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6415 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6416 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6417 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6418 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6419 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6420 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6421 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6422 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6423 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6424 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6425 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6426 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6427 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6428 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6429 * Rewrites Answer 6::      Truncated Taylor series
6430 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6431 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6432 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6433 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6434 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6435 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6436 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6437 * Programming Answer 8::   Newton's method
6438 * Programming Answer 9::   Digamma function
6439 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6440 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6441 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6442 @end menu
6444 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6445 @c being entered on the table of contents.
6446 @tex
6447 \global\let\oldwrite=\write
6448 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6449 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6450 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6451 @end tex
6453 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6454 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6456 @noindent
6457 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6459 The result is 
6460 @texline @math{1 - (2 \times (3 + 4)) = -13}.
6461 @infoline @expr{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6463 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6464 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6466 @noindent
6467 @texline @math{2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75}
6468 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6470 After computing the intermediate term 
6471 @texline @math{2\times4 = 8},
6472 @infoline @expr{2*4 = 8}, 
6473 you can leave that result on the stack while you compute the second
6474 term.  With both of these results waiting on the stack you can then
6475 compute the final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6477 @smallexample
6478 @group
6479 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6480 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6481     .                         1:  9.5            .
6482                                   .
6484   2 @key{RET} 4          *          7 @key{RET} 9.5          *
6486 @end group
6487 @end smallexample
6488 @noindent
6489 @smallexample
6490 @group
6491 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6492 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6493 2:  5          1:  1.25           .
6494 1:  4              .
6495     .
6497   5 @key{RET} 4          /              +              +
6498 @end group
6499 @end smallexample
6501 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6502 with the third term.
6504 @smallexample
6505 @group
6506 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6507 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6508     .                         1:  4              .
6509                                   .
6511    ...             +            5 @key{RET} 4          /              +
6512 @end group
6513 @end smallexample
6515 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6516 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6517 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6518 you choose is purely a matter of taste.
6520 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6521 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6523 @noindent
6524 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6526 @smallexample
6527 @group
6528 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6529 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6530 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6531     .              .          1:  1              .              .
6532                                   .
6534                   @key{TAB}             1              +             @key{TAB}
6535 @end group
6536 @end smallexample
6538 Similarly, @kbd{M-@key{TAB}} gives you access to the number in level 3.
6540 @smallexample
6541 @group
6542 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6543 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6544 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6545     .              .              .              .              .
6547                   M-@key{TAB}           1 +           M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
6548 @end group
6549 @end smallexample
6551 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6552 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6554 @noindent
6555 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6556 but using both the comma and the space at once yields:
6558 @smallexample
6559 @group
6560 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6561     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6562                    .                             .              .
6564     (              2              ,             @key{SPC}            3 )
6565 @end group
6566 @end smallexample
6568 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6569 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6570 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6571 deletes just one component out of that object, so he had to press
6572 @key{DEL} twice to finish the job.
6574 @smallexample
6575 @group
6576 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6577 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6578     .              .              .
6580                   @key{TAB}            @key{DEL}            @key{DEL}
6581 @end group
6582 @end smallexample
6584 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6585 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-@key{DEL}}, to do just that.
6586 @kbd{M-@key{DEL}} is just like @kbd{@key{TAB} @key{DEL}}, except that it doesn't exhibit
6587 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6589 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6590 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6592 @noindent
6593 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6595 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6596 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6598 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6599 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @expr{3.0} whereas
6600 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @expr{3}.)
6602 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6603 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6605 @noindent
6606 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
6607 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
6608 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
6609 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
6611 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
6612 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
6614 @noindent
6615 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @expr{1 / 0}.
6616 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
6617 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
6618 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
6619 times anything is zero.''
6621 @c [fix-ref Infinities]
6622 The @kbd{m i} command enables an @dfn{Infinite mode} in which @expr{1 / 0}
6623 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
6624 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
6625 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
6626 further discussion of infinite and indeterminate values.
6628 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
6629 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
6631 @noindent
6632 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
6633 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
6634 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
6635 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
6636 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
6637 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
6639 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
6640 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
6641 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
6642 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
6643 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
6644 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
6645 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
6646 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
6647 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
6648 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
6649 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
6651 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
6652 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
6653 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
6654 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
6655 inexact results would still be lurking there, but they would now be
6656 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
6657 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
6658 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
6659 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
6660 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
6662 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
6663 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
6664 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
6665 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
6666 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
6667 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
6668 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
6669 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
6670 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
6671 to tell two distinct numbers apart.
6673 An interesting side note is that most computers store their
6674 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
6675 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
6676 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
6677 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
6678 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
6679 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
6680 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
6681 in decimal display mode.
6683 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
6684 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
6685 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
6686 you use a relatively unusual radix like 3.
6688 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
6689 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
6691 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
6692 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
6693 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
6694 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
6695 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
6696 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
6697 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f @key{RET} e 15 @key{RET} *} is another
6698 way to enter this number.
6700 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
6701 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
6702 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
6703 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
6704 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
6705 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
6706 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
6708 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
6709 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
6711 @noindent
6712 The answer he got was @expr{0.5000000000006399}.
6714 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
6715 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
6716 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
6717 their inputs.
6719 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
6720 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
6721 commands decrease or increase a number by one unit in the last
6722 place (according to the current precision).  They are useful for
6723 determining facts like this.
6725 @smallexample
6726 @group
6727 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
6728     .                       .
6730     45 S                    2 ^
6732 @end group
6733 @end smallexample
6734 @noindent
6735 @smallexample
6736 @group
6737 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
6738     .                       .                       .
6740     U  @key{DEL}                  f [                     2 ^
6741 @end group
6742 @end smallexample
6744 A high-precision calculation must be carried out in high precision
6745 all the way.  The only number in the original problem which was known
6746 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
6747 before anything is done after the number 45 has been entered in order
6748 for the higher precision to be meaningful.
6750 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
6751 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
6753 @noindent
6754 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
6755 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
6756 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
6757 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
6758 of time.
6760 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
6761 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
6762 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
6763 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
6764 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
6765 calculation of the sum will not have this problem.
6767 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
6768 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
6769 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
6771 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
6772 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
6774 @noindent
6775 Dividing two integers that are larger than the current precision may
6776 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
6777 down to an integer.  Consider @expr{123456789 / 2} when the current
6778 precision is 6 digits.  The true answer is @expr{61728394.5}, but
6779 with a precision of 6 this will be rounded to 
6780 @texline @math{12345700.0/2.0 = 61728500.0}.
6781 @infoline @expr{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
6782 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
6784 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
6785 floating-point round-off error is strictly to the right of the
6786 decimal point.  Or, convert to Fraction mode so that @expr{123456789 / 2}
6787 produces the exact fraction @expr{123456789:2}, which can be rounded
6788 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
6789 format.
6791 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
6792 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
6794 @noindent
6795 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @expr{3:2}, but it
6796 does a floating-point calculation instead and produces @expr{1.5}.
6798 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
6799 or (when in Fraction mode) the reciprocal of an integer.  But there is
6800 no efficient way to search the space of all possible rational numbers
6801 for an exact answer, so Calc doesn't try.
6803 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
6804 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
6806 @noindent
6807 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
6808 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
6810 @smallexample
6811 @group
6812 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
6813     .          1:  3.74165738677      .                       .
6814                    .
6816     r 1            @key{RET} A              /                       A
6817 @end group
6818 @end smallexample
6820 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
6821 indeed have unit length.
6823 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
6824 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
6826 @noindent
6827 The average position is equal to the sum of the products of the
6828 positions times their corresponding probabilities.  This is the
6829 definition of the dot product operation.  So all you need to do
6830 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
6832 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
6833 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
6835 @noindent
6836 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
6837 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
6839 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
6840 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
6842 @ifnottex
6843 @example
6844 @group
6845    x + a y = 6
6846    x + b y = 10
6847 @end group
6848 @end example
6849 @end ifnottex
6850 @tex
6851 \turnoffactive
6852 \beforedisplay
6853 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
6854              x &+ b y = 10}
6856 \afterdisplay
6857 @end tex
6859 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
6860 matrix as usual.
6862 @smallexample
6863 @group
6864 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [6 - 4 a / (b - a), 4 / (b - a) ]
6865     .          1:  [ [ 1, a ]          .
6866                      [ 1, b ] ]
6867                    .
6869 ' [6 10] @key{RET}     ' [1 a; 1 b] @key{RET}      /
6870 @end group
6871 @end smallexample
6873 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable Big display
6874 mode:
6876 @smallexample
6877 @group
6878           4 a     4
6879 1:  [6 - -----, -----]
6880          b - a  b - a
6881 @end group
6882 @end smallexample
6884 Type @kbd{d N} to return to Normal display mode afterwards.
6886 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
6887 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
6889 @noindent
6890 To solve 
6891 @texline @math{A^T A \, X = A^T B},
6892 @infoline @expr{trn(A) * A * X = trn(A) * B}, 
6893 first we compute
6894 @texline @math{A' = A^T A}
6895 @infoline @expr{A2 = trn(A) * A} 
6896 and 
6897 @texline @math{B' = A^T B};
6898 @infoline @expr{B2 = trn(A) * B}; 
6899 now, we have a system 
6900 @texline @math{A' X = B'}
6901 @infoline @expr{A2 * X = B2} 
6902 which we can solve using Calc's @samp{/} command.
6904 @ifnottex
6905 @example
6906 @group
6907     a + 2b + 3c = 6
6908    4a + 5b + 6c = 2
6909    7a + 6b      = 3
6910    2a + 4b + 6c = 11
6911 @end group
6912 @end example
6913 @end ifnottex
6914 @tex
6915 \turnoffactive
6916 \beforedisplayh
6917 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
6918 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
6919    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6920    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6921    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
6922   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
6923  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
6924  7a&+&6b& &  &=3 \cr
6925  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
6927 \afterdisplayh
6928 @end tex
6930 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
6931 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
6932 @texline @math{B'}
6933 @infoline @expr{B2} 
6934 vector.
6936 @smallexample
6937 @group
6938 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
6939       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
6940       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
6941       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
6942     .                             .
6944 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] @key{RET}  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
6945 @end group
6946 @end smallexample
6948 @noindent
6949 Now we compute the matrix 
6950 @texline @math{A'}
6951 @infoline @expr{A2} 
6952 and divide.
6954 @smallexample
6955 @group
6956 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
6957 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
6958       [ 72, 81, 60 ]
6959       [ 39, 60, 81 ] ]
6960     .
6962     r 7 v t r 7 *             /
6963 @end group
6964 @end smallexample
6966 @noindent
6967 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
6968 round-off error.)
6970 Notice that the answers are similar to those for the 
6971 @texline @math{3\times3}
6972 @infoline 3x3
6973 system solved in the text.  That's because the fourth equation that was 
6974 added to the system is almost identical to the first one multiplied
6975 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
6976 answer since the 
6977 @texline @math{4\times3}
6978 @infoline 4x3
6979 system would be equivalent to the original 
6980 @texline @math{3\times3}
6981 @infoline 3x3
6982 system.)
6984 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
6985 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
6986 the original system of equations to see how well they match.
6988 @smallexample
6989 @group
6990 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
6991 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
6992       [ 4, 5, 6 ]
6993       [ 7, 6, 0 ]
6994       [ 2, 4, 6 ] ]
6995     .
6997     r 7                            @key{TAB} *
6998 @end group
6999 @end smallexample
7001 @noindent
7002 This is reasonably close to our original @expr{B} vector,
7003 @expr{[6, 2, 3, 11]}.
7005 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7006 @subsection List Tutorial Exercise 1
7008 @noindent
7009 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7010 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7011 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7012 plain @samp{-} key will work just as well.
7014 @smallexample
7015 @group
7016 2:  2                              2:  2
7017 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7018     .                                  .
7020     2  v x 9 @key{RET}                       5 V M -   or   5 -
7021 @end group
7022 @end smallexample
7024 @noindent
7025 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7026 vector.
7028 @smallexample
7029 @group
7030 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7031     .
7033     V M ^
7034 @end group
7035 @end smallexample
7037 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7038 @subsection List Tutorial Exercise 2
7040 @noindent
7041 Given @expr{x} and @expr{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7042 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7044 @ifnottex
7045 @example
7046    m*x + b*1 = y
7047 @end example
7048 @end ifnottex
7049 @tex
7050 \turnoffactive
7051 \beforedisplay
7052 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7053 \afterdisplay
7054 @end tex
7056 Thus we want a 
7057 @texline @math{19\times2}
7058 @infoline 19x2
7059 matrix with our @expr{x} vector as one column and
7060 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7061 we combine the two columns to form our @expr{A} matrix.
7063 @smallexample
7064 @group
7065 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7066 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7067     .                                 [ 1.49, 1 ]
7068                                       @dots{}
7070     r 1 1 v b 19 @key{RET}                M-2 v p v t   s 3
7071 @end group
7072 @end smallexample
7074 @noindent
7075 Now we compute 
7076 @texline @math{A^T y}
7077 @infoline @expr{trn(A) * y} 
7078 and 
7079 @texline @math{A^T A}
7080 @infoline @expr{trn(A) * A} 
7081 and divide.
7083 @smallexample
7084 @group
7085 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7086     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7087                                 [  41.63,   19   ] ]
7088                               .
7090  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7091 @end group
7092 @end smallexample
7094 @noindent
7095 (Hey, those numbers look familiar!)
7097 @smallexample
7098 @group
7099 1:  [0.52141679, -0.425978]
7100     .
7102     /
7103 @end group
7104 @end smallexample
7106 Since we were solving equations of the form 
7107 @texline @math{m \times x + b \times 1 = y},
7108 @infoline @expr{m*x + b*1 = y}, 
7109 these numbers should be @expr{m} and @expr{b}, respectively.  Sure
7110 enough, they agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and
7111 @kbd{V R}!
7113 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7114 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7115 arithmetic functions!
7117 @c [fix-ref Curve Fitting]
7118 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7119 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7121 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7122 @subsection List Tutorial Exercise 3
7124 @noindent
7125 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}} or
7126 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7127 and type @w{@kbd{C-x * g}}.
7129 @smallexample
7130 @group
7131 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7132     .
7133 @end group
7134 @end smallexample
7136 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7137 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7139 @smallexample
7140 @group
7141 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7142 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7143     .                          .
7145     @key{RET}                        V R *
7147 @end group
7148 @end smallexample
7149 @noindent
7150 @smallexample
7151 @group
7152 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7153 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7154     .                          .
7156     @key{TAB}                        v l                 I ^
7157 @end group
7158 @end smallexample
7160 @noindent
7161 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7162 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7163 then raise the number to that power.)
7165 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7166 @subsection List Tutorial Exercise 4
7168 @noindent
7169 A number @expr{j} is a divisor of @expr{n} if 
7170 @texline @math{n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0}.
7171 @infoline @samp{n % j = 0}.  
7172 The first step is to get a vector that identifies the divisors.
7174 @smallexample
7175 @group
7176 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7177 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7178     .                       .
7180  30 @key{RET} v x 30 @key{RET}   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7181 @end group
7182 @end smallexample
7184 @noindent
7185 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7187 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7188 The first divisor function is the sum of the divisors.
7190 @smallexample
7191 @group
7192 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7193            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7194            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7195                .
7197    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7198 @end group
7199 @end smallexample
7201 @noindent
7202 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7203 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7205 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7206 @subsection List Tutorial Exercise 5
7208 @noindent
7209 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7210 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7211 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7212 the list with a copy of itself shifted over by one.
7214 @smallexample
7215 @group
7216 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7217     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7218                            .                        .
7220     19551 k f              @key{RET} 0 |                  @key{TAB} 0 @key{TAB} |
7222 @end group
7223 @end smallexample
7224 @noindent
7225 @smallexample
7226 @group
7227 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7228     .                        .              .
7230     V M a =                  V R +          0 a =
7231 @end group
7232 @end smallexample
7234 @noindent
7235 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7236 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7237 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7238 the job is pretty straightforward.
7240 Incidentally, Calc provides the 
7241 @texline @dfn{M@"obius} @math{\mu}
7242 @infoline @dfn{Moebius mu} 
7243 function which is zero if and only if its argument is square-free.  It
7244 would be a much more convenient way to do the above test in practice.
7246 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7247 @subsection List Tutorial Exercise 6
7249 @noindent
7250 First use @kbd{v x 6 @key{RET}} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7251 to get a list of lists of integers!
7253 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7254 @subsection List Tutorial Exercise 7
7256 @noindent
7257 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7258 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7260 @smallexample
7261 @group
7262 1:  [ [0],
7263       [0, 1],
7264       [0, 1, 2],
7265       @dots{}
7267     1 -
7268 @end group
7269 @end smallexample
7271 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7272 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @expr{n}th
7273 triangular number is the sum of the integers from 1 to @expr{n}, and
7274 can be computed directly by the formula 
7275 @texline @math{n (n+1) \over 2}.
7276 @infoline @expr{n * (n+1) / 2}.
7278 @smallexample
7279 @group
7280 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7281 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7282     .                           .
7284     v x 6 @key{RET} 1 -               V M ' $ ($+1)/2 @key{RET}
7285 @end group
7286 @end smallexample
7288 @noindent
7289 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7290 result:
7292 @smallexample
7293 @group
7294 1:  [ [0],
7295       [1, 2],
7296       [3, 4, 5],
7297       [6, 7, 8, 9],
7298       [10, 11, 12, 13, 14],
7299       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7300       .
7302       V M +
7303 @end group
7304 @end smallexample
7306 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7307 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7308 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7309 triangular list.
7311 @smallexample
7312 @group
7313 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7314 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7315     .                           .
7317     @key{RET}                         V M V R +
7318 @end group
7319 @end smallexample
7321 @noindent
7322 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7323 since each element of the main vector is itself a small vector,
7324 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7326 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7327 @subsection List Tutorial Exercise 8
7329 @noindent
7330 The first step is to build a list of values of @expr{x}.
7332 @smallexample
7333 @group
7334 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7335     .                       .                       .
7337     v x 21 @key{RET}              1 -                     4 /  s 1
7338 @end group
7339 @end smallexample
7341 Next, we compute the Bessel function values.
7343 @smallexample
7344 @group
7345 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7346     .
7348     V M ' besJ(1,$) @key{RET}
7349 @end group
7350 @end smallexample
7352 @noindent
7353 (Another way to do this would be @kbd{1 @key{TAB} V M f j}.)
7355 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7356 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7358 @smallexample
7359 @group
7360 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7361 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7362     .                                                     .
7364     @key{RET} V R X                      V M a =                @key{RET} V R +    @key{DEL}
7365 @end group
7366 @end smallexample
7368 @noindent
7369 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7370 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of 
7371 @texline @math{\sin x}
7372 @infoline @expr{sin(x)}
7373 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7375 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7376 the maximum value of @expr{x}.  Now it is a simple matter to convert
7377 this back into the corresponding value itself.
7379 @smallexample
7380 @group
7381 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7382 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7383     .
7385     r 1                         V M *                    V R +
7386 @end group
7387 @end smallexample
7389 If @kbd{a =} had produced more than one @expr{1} value, this method
7390 would have given the sum of all maximum @expr{x} values; not very
7391 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7392 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7393 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7394 example, a vector of maximum @expr{x} values.
7396 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7397 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7398 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7400 @smallexample
7401 @group
7402 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7403 1:  [0 .. 5]                       .
7404     .
7406 ' besJ(1,x), [0..5] @key{RET}            a X x @key{RET}
7407 @end group
7408 @end smallexample
7410 @noindent
7411 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @expr{x}
7412 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7413 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7415 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7416 @subsection List Tutorial Exercise 9
7418 @noindent
7419 Step one is to convert our integer into vector notation.
7421 @smallexample
7422 @group
7423 1:  25129925999           3:  25129925999
7424     .                     2:  10
7425                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7426                               .
7428     25129925999 @key{RET}           10 @key{RET} 12 @key{RET} v x 12 @key{RET} -
7430 @end group
7431 @end smallexample
7432 @noindent
7433 @smallexample
7434 @group
7435 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7436 2:  [100000000000, ... ]         .
7437     .
7439     V M ^   s 1                  V M \
7440 @end group
7441 @end smallexample
7443 @noindent
7444 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7446 @smallexample
7447 @group
7448 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7449     .
7451     10 V M %   s 2
7452 @end group
7453 @end smallexample
7455 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7456 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7457 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7458 the right of it are nines.
7460 @smallexample
7461 @group
7462 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7463     .                                          .
7465     9 V M a =                                  v v
7467 @end group
7468 @end smallexample
7469 @noindent
7470 @smallexample
7471 @group
7472 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7473     .                              .
7475     V U *                          v v 1 |
7476 @end group
7477 @end smallexample
7479 @noindent
7480 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7481 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7482 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7483 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7484 rightmost digit.
7486 @smallexample
7487 @group
7488 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7489 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7490     .
7492     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7493 @end group
7494 @end smallexample
7496 @noindent
7497 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7498 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7499 digits that generated them.
7501 Finally, we must convert this list back into an integer.
7503 @smallexample
7504 @group
7505 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7506 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7507 1:  [100000000000, ... ]          .
7508     .
7510     10 @key{RET} 12 ^  r 1              |
7512 @end group
7513 @end smallexample
7514 @noindent
7515 @smallexample
7516 @group
7517 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7518     .                                            .
7520     V M *                                        V R +
7521 @end group
7522 @end smallexample
7524 @noindent
7525 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7526 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7528 @smallexample
7529 @group
7530 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7531     .                             .
7533                                   V R ' 10 $$ + $ @key{RET}
7534 @end group
7535 @end smallexample
7537 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7538 @subsection List Tutorial Exercise 10
7540 @noindent
7541 For the list @expr{[a, b, c, d]}, the result is @expr{((a = b) = c) = d},
7542 which will compare @expr{a} and @expr{b} to produce a 1 or 0, which is
7543 then compared with @expr{c} to produce another 1 or 0, which is then
7544 compared with @expr{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7546 Here's a more correct method:
7548 @smallexample
7549 @group
7550 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7551     .                    1:  7
7552                              .
7554   ' [7,7,7,8,7] @key{RET}          @key{RET} v r 1 @key{RET}
7556 @end group
7557 @end smallexample
7558 @noindent
7559 @smallexample
7560 @group
7561 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7562     .                        .
7564     V M a =                  V R *
7565 @end group
7566 @end smallexample
7568 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7569 @subsection List Tutorial Exercise 11
7571 @noindent
7572 The circle of unit radius consists of those points @expr{(x,y)} for which
7573 @expr{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @expr{x^2}
7574 and a vector of @expr{y^2}.
7576 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7577 commands.
7579 @smallexample
7580 @group
7581 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7582 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7583     .                              .
7585  v . t .  2. v b 100 @key{RET} @key{RET}       V M k r
7587 @end group
7588 @end smallexample
7589 @noindent
7590 @smallexample
7591 @group
7592 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7593 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7594     .                              .
7596     1 -  2 V M ^                   @key{TAB}  V M k r  1 -  2 V M ^
7597 @end group
7598 @end smallexample
7600 Now we sum the @expr{x^2} and @expr{y^2} values, compare with 1 to
7601 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7603 @smallexample
7604 @group
7605 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
7606     .                              .                     .
7608     +                              1 V M a <             V R +
7609 @end group
7610 @end smallexample
7612 @noindent
7613 The ratio @expr{84/100} should approximate the ratio @cpiover{4}.
7615 @smallexample
7616 @group
7617 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
7618     .              .          1:  3.14159        .
7620     100 /          4 *            P              /
7621 @end group
7622 @end smallexample
7624 @noindent
7625 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
7626 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
7627 not very efficient!
7629 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
7630 will be slightly different from the one shown here!)
7632 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7633 return to full-sized display of vectors.
7635 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
7636 @subsection List Tutorial Exercise 12
7638 @noindent
7639 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
7640 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
7641 @expr{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @expr{x}
7642 component for one end of the match, pick a random direction 
7643 @texline @math{\theta},
7644 @infoline @expr{theta},
7645 and see if @expr{x} and 
7646 @texline @math{x + \cos \theta}
7647 @infoline @expr{x + cos(theta)} 
7648 (which is the @expr{x} coordinate of the other endpoint) cross a line.
7649 The lines are at integer coordinates, so this happens when the two
7650 numbers surround an integer.
7652 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
7653 of the two endpoints as @expr{x}.  Then @expr{theta} is an angle pointing
7654 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
7655 it would feel like cheating to refer to @cpiover{2} radians while trying
7656 to estimate @cpi{}!)
7658 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
7659 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
7660 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
7661 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
7662 Pick random @expr{x} and 
7663 @texline @math{\theta},
7664 @infoline @expr{theta}, 
7665 compute
7666 @texline @math{x + \cos \theta},
7667 @infoline @expr{x + cos(theta)},
7668 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
7670 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7671 commands.
7673 @smallexample
7674 @group
7675 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
7676     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
7677                                    .
7679 v . t . 1. v b 100 @key{RET}  V M k r    180. v b 100 @key{RET}  V M k r  90 -
7680 @end group
7681 @end smallexample
7683 @noindent
7684 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
7686 @smallexample
7687 @group
7688 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
7689 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
7690     .
7692     m d  V M C                     +
7694 @end group
7695 @end smallexample
7696 @noindent
7697 @smallexample
7698 @group
7699 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
7700     .                        .                   .
7702     1 V M a >                V R + 100 /         2 @key{TAB} /
7703 @end group
7704 @end smallexample
7706 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
7707 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
7708 a random integer.
7710 @smallexample
7711 @group
7712 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
7713 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
7714     .                                      .
7716     1000000 v b 100 @key{RET} @key{RET}                V M k r  @key{TAB}  V M k r
7718 @end group
7719 @end smallexample
7720 @noindent
7721 @smallexample
7722 @group
7723 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
7724     .                        .                      .
7726     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
7728 @end group
7729 @end smallexample
7730 @noindent
7731 @smallexample
7732 @group
7733 1:  10.714        1:  3.273
7734     .                 .
7736     6 @key{TAB} /           Q
7737 @end group
7738 @end smallexample
7740 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
7741 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
7743 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7744 return to full-sized display of vectors.
7746 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
7747 @subsection List Tutorial Exercise 13
7749 @noindent
7750 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
7752 @smallexample
7753 @group
7754 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
7755     .
7757     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}
7758 @end group
7759 @end smallexample
7761 @noindent
7762 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
7763 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
7764 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
7765 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
7767 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
7768 if the input vector is @expr{[a, b, c, d]}, then the hash code is
7769 @expr{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
7770 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
7772 @smallexample
7773 @group
7774 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
7775 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
7776     .                              .
7778     @key{RET} v l                        v x 16 @key{RET} -
7780 @end group
7781 @end smallexample
7782 @noindent
7783 @smallexample
7784 @group
7785 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
7786 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
7787     .
7789     3 @key{TAB} V M ^                    *                 511 %
7790 @end group
7791 @end smallexample
7793 @noindent
7794 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
7795 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
7796 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
7797 function of two arguments that computes its first argument times three
7798 plus its second argument.
7800 @smallexample
7801 @group
7802 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
7803     .                              .
7805     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' 3$$+$ @key{RET}
7806 @end group
7807 @end smallexample
7809 @noindent
7810 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
7811 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
7812 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
7814 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
7815 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
7816 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
7817 without affecting the result.  While this means there are more
7818 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
7819 the operations are faster.
7821 @smallexample
7822 @group
7823 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
7824     .                              .
7826     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' (3$$+$)%511 @key{RET}
7827 @end group
7828 @end smallexample
7830 Why does this work?  Think about a two-step computation:
7831 @w{@expr{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
7832 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
7833 So the result when we take the modulo after every step is,
7835 @ifnottex
7836 @example
7837 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
7838 @end example
7839 @end ifnottex
7840 @tex
7841 \turnoffactive
7842 \beforedisplay
7843 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
7844 \afterdisplay
7845 @end tex
7847 @noindent
7848 for some suitable integers @expr{m} and @expr{n}.  Expanding out by
7849 the distributive law yields
7851 @ifnottex
7852 @example
7853 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
7854 @end example
7855 @end ifnottex
7856 @tex
7857 \turnoffactive
7858 \beforedisplay
7859 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
7860 \afterdisplay
7861 @end tex
7863 @noindent
7864 The @expr{m} term in the latter formula is redundant because any
7865 contribution it makes could just as easily be made by the @expr{n}
7866 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
7867 @expr{n' = 3m + n},
7869 @ifnottex
7870 @example
7871 9 a + 3 b + c - 511 n'
7872 @end example
7873 @end ifnottex
7874 @tex
7875 \turnoffactive
7876 \beforedisplay
7877 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n' $$
7878 \afterdisplay
7879 @end tex
7881 @noindent
7882 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
7883 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
7885 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
7886 basically automate the idea of reducing every intermediate result
7887 modulo some value @var{m}.
7889 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
7890 @subsection List Tutorial Exercise 14
7892 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
7893 step to an @expr{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
7894 otherwise the problem is quite straightforward.
7896 @smallexample
7897 @group
7898 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
7899 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
7900     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
7901                      ...
7903     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> @key{RET}
7904 @end group
7905 @end smallexample
7907 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
7908 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
7909 before nesting even begins.
7911 We now have a vector of @expr{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
7912 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
7913 to get a pair of vectors, @expr{x} and @expr{y}, suitable for graphing.
7915 @smallexample
7916 @group
7917 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
7918 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
7919     .
7921     v t  v u  g f
7922 @end group
7923 @end smallexample
7925 Incidentally, because the @expr{x} and @expr{y} are completely
7926 independent in this case, we could have done two separate commands
7927 to create our @expr{x} and @expr{y} vectors of numbers directly.
7929 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
7930 a random direction exactly gives us an @expr{[x, y]} step of unit
7931 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
7932 we might want to lower the precision a bit for it.
7934 @smallexample
7935 @group
7936 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
7937 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
7938     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
7939                      ...
7941     [0,0] 50   m d  p 6 @key{RET}   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> @key{RET}
7942 @end group
7943 @end smallexample
7945 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
7947 An interesting twist on these random walk functions would be to use
7948 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
7949 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
7950 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
7951 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
7952 Schwartz.)
7954 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
7955 @subsection Types Tutorial Exercise 1
7957 @noindent
7958 If the number is the square root of @cpi{} times a rational number,
7959 then its square, divided by @cpi{}, should be a rational number.
7961 @smallexample
7962 @group
7963 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
7964     .                    .                    .
7966                          2 ^ P /              c F
7967 @end group
7968 @end smallexample
7970 @noindent
7971 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
7972 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
7973 happens to be the fraction which most closely represents some
7974 irrational number to within 12 digits.
7976 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
7977 precision slightly and try again:
7979 @smallexample
7980 @group
7981 1:  0.509433962268     1:  27:53
7982     .                      .
7984     U p 10 @key{RET}             c F
7985 @end group
7986 @end smallexample
7988 @noindent
7989 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
7990 this simple to within ten digits, so our original number was probably
7991 @texline @math{\sqrt{27 \pi / 53}}.
7992 @infoline @expr{sqrt(27 pi / 53)}.
7994 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
7995 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
7996 to the current precision before they begin.
7998 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
7999 @subsection Types Tutorial Exercise 2
8001 @noindent
8002 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
8003 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
8005 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
8006 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
8007 far as Calc is concerned all infinities are as just as big.
8008 In other words, as @expr{x} goes to infinity, @expr{e^x} also goes
8009 to infinity, but the fact the @expr{e^x} grows much faster than
8010 @expr{x} is not relevant here.
8012 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8013 the input is infinite.
8015 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @expr{(0, 1)}
8016 represents the imaginary number @expr{i}.  Here's a derivation:
8017 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8018 The first part is, by definition, @expr{i}; the second is @code{inf}
8019 because, once again, all infinities are the same size.
8021 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8022 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8023 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8024 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8026 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @expr{x} points,
8027 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8029 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8030 input.  As in the @expr{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8031 here if you have turned on Infinite mode.  Otherwise, it will
8032 treat @samp{ln(0)} as an error.
8034 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8035 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8037 @noindent
8038 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8039 @expr{a}, just by claiming that we added @expr{a} to the first
8040 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8041 values of @expr{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8042 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8043 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8045 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8046 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8047 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8048 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8050 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8051 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8052 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8053 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8054 unable to tell what the true answer is.
8056 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8057 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8059 @smallexample
8060 @group
8061 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8062 1:  17                          .
8063     .
8065     0@@ 47' 26" @key{RET} 17           /
8066 @end group
8067 @end smallexample
8069 @noindent
8070 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8072 @smallexample
8073 @group
8074 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8075 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8076     .
8078     20"                      +                      17 *
8079 @end group
8080 @end smallexample
8082 @noindent
8083 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8085 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8086 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8088 @noindent
8089 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8090 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8091 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8093 @smallexample
8094 @group
8095 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8096     .                         .                        .
8098     ' <2/13> @key{RET}       @key{DEL}    ' <3/13> @key{RET}             t I
8099 @end group
8100 @end smallexample
8102 @noindent
8103 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8105 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8106 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8107 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8108 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8109 argument is exactly what we want to map over:
8111 @smallexample
8112 @group
8113 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8114 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8115     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8116                                .
8118     v x 6 @key{RET}                  V M t I
8119 @end group
8120 @end smallexample
8122 @noindent
8123 Et voil@`a, September 13, 1991 is a Friday.
8125 @smallexample
8126 @group
8127 1:  242
8128     .
8130 ' <sep 13> - <jan 14> @key{RET}
8131 @end group
8132 @end smallexample
8134 @noindent
8135 And the answer to our original question:  242 days to go.
8137 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8138 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8140 @noindent
8141 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8142 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8143 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8144 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8145 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8146 don't know the leap year rule.
8148 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8149 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8150 the number of days between now and then, and compare that to the
8151 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8152 equal to the number of leap years there were.
8154 @smallexample
8155 @group
8156 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8157     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8158                                .
8160   ' <jan 1 10001> @key{RET}         ' <jan 1 1991> @key{RET}          -
8162 @end group
8163 @end smallexample
8164 @noindent
8165 @smallexample
8166 @group
8167 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8168 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8169 1:  1991              .               .
8170     .
8172   10001 @key{RET} 1991      -               365 *           -
8173 @end group
8174 @end smallexample
8176 @c [fix-ref Date Forms]
8177 @noindent
8178 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8179 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8180 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8181 background information in that regard.)
8183 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8184 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8186 @noindent
8187 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8188 @samp{+/-} notation may be used.
8190 @smallexample
8191 @group
8192 1:  1.              2:  1.
8193     .               1:  0.2
8194                         .
8196     20 @key{RET} .05 *        4 @key{RET} .05 *
8197 @end group
8198 @end smallexample
8200 Now we simply chug through the formula.
8202 @smallexample
8203 @group
8204 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8205     .                    .                        .
8207     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 @key{RET} 2 ^ *
8208 @end group
8209 @end smallexample
8211 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8212 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8214 @smallexample
8215 @group
8216 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8217 2:  6316.5                1:  0.1118
8218 1:  706.21                    .
8219     .
8221     @key{RET} v u                   @key{TAB} /
8222 @end group
8223 @end smallexample
8225 @noindent
8226 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8228 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8229 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8231 @noindent
8232 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8233 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8234 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8235 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8236 but with no upper bound.
8238 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8240 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8241 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8242 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8243 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8245 If you turn on Infinite mode by pressing @kbd{m i}, you will
8246 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8247 as a possible value.
8249 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8250 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8251 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8252 will be either greater than @mathit{0.1}, or less than @mathit{-0.1}.  Thus
8253 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8254 in it from @mathit{-0.1} to @mathit{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8255 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8256 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8257 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8258 that interval arithmetic can do in this case.
8260 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8261 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8263 @smallexample
8264 @group
8265 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8266     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8267                         .                 .
8269     [ 3 n .. 3 ]        @key{RET} 2 ^           @key{TAB} @key{RET} *
8270 @end group
8271 @end smallexample
8273 @noindent
8274 In the first case the result says, ``if a number is between @mathit{-3} and
8275 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8276 of two numbers each between @mathit{-3} and 3 is between @mathit{-9} and 9.''
8278 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8279 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8280 for different numbers.
8282 The same issue arises when you try to square an error form.
8284 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8285 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8287 @noindent
8288 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @expr{x}.
8290 @smallexample
8291 @group
8292 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8293     .                      811749612              .
8294                            .
8296     17 M 811749613 @key{RET}     811749612              ^
8297 @end group
8298 @end smallexample
8300 @noindent
8301 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8302 must not be prime.
8304 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8305 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8306 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8307 use this method to test the second number.
8309 @smallexample
8310 @group
8311 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8312 1:  15485863                           .
8313     .
8315  [17 42 100000] 15485863 @key{RET}           V M ' ($$ mod $)^($-1) @key{RET}
8316 @end group
8317 @end smallexample
8319 @noindent
8320 The result is three ones (modulo @expr{n}), so it's very probable that
8321 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8323 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8324 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8325 the power using full integer arithmetic.
8327 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8328 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8329 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8330 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8332 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8333 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8335 @noindent
8336 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8337 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8338 multiply the number by an HMS form representing one second:
8340 @smallexample
8341 @group
8342 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8343     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8344                           .
8346     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8348 @end group
8349 @end smallexample
8350 @noindent
8351 @smallexample
8352 @group
8353 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8354 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8355     .
8357     x time @key{RET}                         +
8358 @end group
8359 @end smallexample
8361 @noindent
8362 It will be just after six in the morning.
8364 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8365 HMS form:
8367 @smallexample
8368 @group
8369 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8370     .                                 .
8372   ' hms(0, 0, 1e7 pi) @key{RET}             =
8373 @end group
8374 @end smallexample
8376 @noindent
8377 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8378 the actual number 3.14159...
8380 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8381 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8383 @noindent
8384 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8385 each.
8387 @smallexample
8388 @group
8389 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8390 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8391     .
8393     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8395 @end group
8396 @end smallexample
8397 @noindent
8398 @smallexample
8399 @group
8400 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8401     .
8403     17 *
8404 @end group
8405 @end smallexample
8407 @noindent
8408 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8410 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8411 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8413 @noindent
8414 Type @kbd{' 1 yr @key{RET} u c s @key{RET}}.  The answer is 31557600 seconds.
8416 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8417 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8419 @noindent
8420 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8421 to the other?
8423 @smallexample
8424 @group
8425 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8426     .                 .
8428  ' 1 m / c @key{RET}        u c ns @key{RET}
8429 @end group
8430 @end smallexample
8432 @noindent
8433 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8435 @smallexample
8436 @group
8437 1:  3.3356 ns     1:  0.81356 ns / ns     1:  0.81356
8438 2:  4.1 ns            .                       .
8439     .
8441   ' 4.1 ns @key{RET}        /                       u s
8442 @end group
8443 @end smallexample
8445 @noindent
8446 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8447 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8448 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8450 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8451 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8453 @noindent
8454 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8455 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8457 @smallexample
8458 @group
8459 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8460     .              1:  5 yd / hr            .
8461                        .
8463   ' 55 mph @key{RET}       ' 5 yd/hr @key{RET}          /
8464 @end group
8465 @end smallexample
8467 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8468 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8469 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8471 @smallexample
8472 @group
8473 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8474     .            1:  2                .
8475                      .
8477     u s              2                B
8478 @end group
8479 @end smallexample
8481 @noindent
8482 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8484 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8485 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8487 @noindent
8488 @c [fix-ref Declarations]
8489 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @expr{x} by the
8490 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8491 if @w{@expr{x = -4}}.)  If @expr{x} is real, this formula could be
8492 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8493 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8494 that @expr{x} is known to be real.)
8496 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8497 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8499 @noindent
8500 Suppose our roots are @expr{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8501 is zero when @expr{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8502 @expr{x-a} is zero when @expr{x=a}, so the product @expr{(x-a)(x-b)(x-c)}
8503 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8504 familiar form.
8506 @smallexample
8507 @group
8508 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8509     .                          .
8511     r 2                        a P x @key{RET}
8513 @end group
8514 @end smallexample
8515 @noindent
8516 @smallexample
8517 @group
8518 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  (x - 1.19023) (x + 1.19023) x
8519     .                                     .
8521     V M ' x-$ @key{RET}                         V R *
8523 @end group
8524 @end smallexample
8525 @noindent
8526 @smallexample
8527 @group
8528 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8529     .                          .
8531     a c x @key{RET}                  24 n *  a x
8532 @end group
8533 @end smallexample
8535 @noindent
8536 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8537 same as the original polynomial.
8539 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8540 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8542 @smallexample
8543 @group
8544 1:  x sin(pi x)         1:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8545     .                       .
8547   ' x sin(pi x) @key{RET}   m r   a i x @key{RET}
8549 @end group
8550 @end smallexample
8551 @noindent
8552 @smallexample
8553 @group
8554 1:  [y, 1]
8555 2:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8556     .
8558   ' [y,1] @key{RET} @key{TAB}
8560 @end group
8561 @end smallexample
8562 @noindent
8563 @smallexample
8564 @group
8565 1:  [(sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2, (sin(pi) - pi cos(pi)) / pi^2]
8566     .
8568     V M $ @key{RET}
8570 @end group
8571 @end smallexample
8572 @noindent
8573 @smallexample
8574 @group
8575 1:  (sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2 + (pi cos(pi) - sin(pi)) / pi^2
8576     .
8578     V R -
8580 @end group
8581 @end smallexample
8582 @noindent
8583 @smallexample
8584 @group
8585 1:  (sin(3.14159 y) - 3.14159 y cos(3.14159 y)) / 9.8696 - 0.3183
8586     .
8588     =
8590 @end group
8591 @end smallexample
8592 @noindent
8593 @smallexample
8594 @group
8595 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8596     .
8598     v x 5 @key{RET}  @key{TAB}  V M $ @key{RET}
8599 @end group
8600 @end smallexample
8602 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8603 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8605 @noindent
8606 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
8607 the contributions from the slices, since the slices have varying
8608 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
8609 coefficients.  Here's one way:
8611 @smallexample
8612 @group
8613 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
8614 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
8615     .                      .
8617     1 n v x 9 @key{RET}          V M ^  3 @key{TAB}             -
8619 @end group
8620 @end smallexample
8621 @noindent
8622 @smallexample
8623 @group
8624 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8625     .                          .
8627     1 |                        1 @key{TAB} |
8628 @end group
8629 @end smallexample
8631 @noindent
8632 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
8633 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
8635 @smallexample
8636 @group
8637 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8638 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
8639     .
8641  11 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}  C-u v x
8643 @end group
8644 @end smallexample
8645 @noindent
8646 @smallexample
8647 @group
8648 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8649 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
8650     .
8652     ' sin(x) ln(x) @key{RET}   m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
8653 @end group
8654 @end smallexample
8656 @noindent
8657 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
8658 same thing.
8660 @smallexample
8661 @group
8662 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
8663     .              .              .
8665     *              .1 *           3 /
8666 @end group
8667 @end smallexample
8669 @noindent
8670 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
8672 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
8673 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
8675 @noindent
8676 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
8678 @smallexample
8679 @group
8680                                                ___
8681                                           2 + V 2
8682 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  --------
8683     .                                          ___
8684                                           1 + V 2
8686                                           .
8688   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) @key{RET}         d B
8689 @end group
8690 @end smallexample
8692 @noindent
8693 Multiplying by the conjugate helps because @expr{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
8695 @smallexample
8696 @group
8697           ___    ___
8698 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
8699     .
8701   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) @key{RET}
8703 @end group
8704 @end smallexample
8705 @noindent
8706 @smallexample
8707 @group
8708          ___                         ___
8709 1:  2 + V 2  - 2                1:  V 2
8710     .                               .
8712   a r a*(b+c) := a*b + a*c          a s
8713 @end group
8714 @end smallexample
8716 @noindent
8717 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
8718 second step.)
8720 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
8721 different circumstances, such as when the denominator involves
8722 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
8724 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
8725 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
8727 @noindent
8728 Here is the rule set:
8730 @smallexample
8731 @group
8732 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
8733   fib(1, x, y) := x,
8734   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
8735 @end group
8736 @end smallexample
8738 @noindent
8739 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
8740 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
8741 second rule converts back from three-argument form once the computation
8742 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
8743 says that if @expr{x} and @expr{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
8744 then @expr{y} and @expr{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
8745 numbers.
8747 Notice that because the number @expr{n} was ``validated'' by the
8748 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
8749 the other rules because the rule set would never get that far unless
8750 the input were valid.  That further speeds computation, since no
8751 extra conditions need to be checked at every step.
8753 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
8754 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
8755 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
8756 help keep this from happening by accident would be to use something like
8757 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
8758 function.
8760 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
8761 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
8763 @noindent
8764 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
8765 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
8766 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
8767 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
8768 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
8769 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
8770 to make sure the rule applied only once.
8772 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
8773 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
8774 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
8775 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
8776 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
8777 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
8778 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
8779 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
8780 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
8782 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
8783 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
8785 @noindent
8786 @ignore
8787 @starindex
8788 @end ignore
8789 @tindex seq
8790 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
8792 @smallexample
8793 @group
8794 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
8795   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
8796 @end group
8797 @end smallexample
8799 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
8800 rules produces the following sequence of formulas:
8802 @example
8803 seq( 3, 1)
8804 seq(10, 2)
8805 seq( 5, 3)
8806 seq(16, 4)
8807 seq( 8, 5)
8808 seq( 4, 6)
8809 seq( 2, 7)
8810 seq( 1, 8)
8811 @end example
8813 @noindent
8814 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
8816 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
8818 @smallexample
8819 @group
8820 [ seq(n) := seq(n, 0),
8821   seq(1, c) := c,
8822   ... ]
8823 @end group
8824 @end smallexample
8826 @noindent
8827 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
8828 as the result.
8830 The change to return a vector is quite simple:
8832 @smallexample
8833 @group
8834 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
8835   seq(1, v) := v | 1,
8836   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
8837   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
8838 @end group
8839 @end smallexample
8841 @noindent
8842 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
8844 Notice that the @expr{n > 1} guard is no longer necessary on the last
8845 rule since the @expr{n = 1} case is now detected by another rule.
8846 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
8847 initial value is suitable before the computation begins.
8849 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
8850 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
8851 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
8852 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
8853 apply and the rewrites will stop right away.
8855 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
8856 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
8858 @noindent
8859 @ignore
8860 @starindex
8861 @end ignore
8862 @tindex nterms
8863 If @expr{x} is the sum @expr{a + b}, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' must
8864 be `@tfn{nterms(}@var{a}@tfn{)}' plus `@tfn{nterms(}@var{b}@tfn{)}'.  If @expr{x}
8865 is not a sum, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' = 1.
8867 @smallexample
8868 @group
8869 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
8870   nterms(x)     := 1 ]
8871 @end group
8872 @end smallexample
8874 @noindent
8875 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
8876 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
8877 already know that @samp{x} is not a sum.
8879 @node Rewrites Answer 6, Programming Answer 1, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
8880 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
8882 @noindent
8883 Here is a rule set that will do the job:
8885 @smallexample
8886 @group
8887 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
8888   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
8889      :: constant(a) :: constant(b),
8890   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
8891      :: constant(a) :: constant(b),
8892   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
8893   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
8894   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
8895 @end group
8896 @end smallexample
8898 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
8899 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
8900 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
8901 say, @code{O}, first.
8903 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
8904 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
8905 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
8906 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
8907 you if you put it into @code{EvalRules}!
8909 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
8910 The optional constant coefficients are there mostly so that
8911 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
8912 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
8914 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
8916 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
8917 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
8918 with @samp{a = 1/4}.)
8920 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
8921 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
8922 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
8923 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
8924 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
8926 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
8928 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
8929 that represents truncated power series.  We might represent these as
8930 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
8931 a vector of coefficients for @expr{x^0}, @expr{x^1}, @expr{x^2}, and so
8932 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
8933 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
8934 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
8935 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
8936 you could still enter power series in exactly the same notation as
8937 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
8938 although the objects would be a bit harder to read.
8940 @c [fix-ref Compositions]
8941 Some other symbolic math programs provide a power series data type
8942 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
8943 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
8944 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
8945 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
8946 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
8947 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
8948 objects have a special display format that makes them look like
8949 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
8950 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
8951 this it would probably be better to write the formatting routine
8952 in Lisp.)
8954 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
8955 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
8957 @noindent
8958 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
8959 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
8960 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
8961 change this to @samp{(x)} since @expr{t} is really a dummy variable
8962 to be used within @code{ninteg}.
8964 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si @key{RET} @key{RET} C-b C-b @key{DEL} @key{DEL} @key{RET} y}.
8965 (The @kbd{C-b C-b @key{DEL} @key{DEL}} are what fix the argument list.)
8967 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
8968 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
8970 @noindent
8971 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
8972 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-@key{TAB} n M-@key{TAB} M-@key{TAB} C-x )}.
8974 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
8975 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
8977 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
8978 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
8979 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
8981 Just for kicks, let's also do it algebraically:
8982 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ @key{RET} C-x )}}.
8984 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
8985 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
8987 @noindent
8988 Each of these functions can be computed using the stack, or using
8989 algebraic entry, whichever way you prefer:
8991 @noindent
8992 Computing 
8993 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}}:
8994 @infoline @expr{sin(x) / x}:
8996 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{RET} S @key{TAB} /  C-x )}.
8998 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ @key{RET}  C-x )}.
9000 @noindent
9001 Computing the logarithm:
9003 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{TAB} B  C-x )}
9005 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) @key{RET}  C-x )}.
9007 @noindent
9008 Computing the vector of integers:
9010 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 @key{RET} 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9011 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9012 from the stack.)
9014 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9015 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9016 next command.)
9018 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) @key{RET}  C-x )}.
9020 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9021 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9023 @noindent
9024 Here's one way:  @kbd{C-x ( @key{RET} V R + @key{TAB} v l / C-x )}.
9026 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9027 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9029 @smallexample
9030 @group
9031 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9032 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9033     .                                            .
9035    1 @key{RET} 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9036 @end group
9037 @end smallexample
9039 @noindent
9040 This answer is quite accurate.
9042 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9043 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9045 @noindent
9046 Here is the matrix:
9048 @example
9049 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9050   [ 1, 1 ] ]
9051 @end example
9053 @noindent
9054 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @expr{n+1}
9055 and @expr{n+2}.  Here's one program that does the job:
9057 @example
9058 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] @key{RET} v u @key{DEL} C-x )
9059 @end example
9061 @noindent
9062 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9063 matrix (or other value) to the power @expr{n} in only 
9064 @texline @math{\log_2 n}
9065 @infoline @expr{log(n,2)}
9066 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9067 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9068 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9069 required so many steps that it would not have been practical.
9071 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9072 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9074 @noindent
9075 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9076 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9077 a separate variable to hold the integer counter.
9079 @smallexample
9080 @group
9081 1:  1          2:  1       1:  .
9082     .          1:  4
9083                    .
9085     1 t 1       1 @key{RET} 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9086 @end group
9087 @end smallexample
9089 @noindent
9090 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9091 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9092 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9093 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9094 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9095 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9096 loop counter exceeds 4.
9098 @smallexample
9099 @group
9100 2:  31                  3:  31
9101 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9102     .                   1:  4.02724519544
9103                             .
9105     r 1 r 2                 @key{RET} 31 & +
9106 @end group
9107 @end smallexample
9109 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9110 harmonic number is 4.02.
9112 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9113 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9115 @noindent
9116 The first step is to compute the derivative @expr{f'(x)} and thus
9117 the formula 
9118 @texline @math{\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}}.
9119 @infoline @expr{x - f(x)/f'(x)}.
9121 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9122 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9123 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9124 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9125 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9126 just for purposes of illustration.)
9128 @smallexample
9129 @group
9130 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9131 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9132     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9133                                      .
9135 ' sin(cos(x))-0.5 @key{RET} 4.5  m r  C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}
9137 @end group
9138 @end smallexample
9139 @noindent
9140 @smallexample
9141 @group
9142 2:  4.5
9143 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9144     .
9146     /  ' x @key{RET} @key{TAB} -   t 1
9147 @end group
9148 @end smallexample
9150 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9151 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9152 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9153 repetitions are done.)
9155 @smallexample
9156 @group
9157 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9158     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9159                 1:  4.5                         .
9160                     .
9162   20 Z <          @key{RET} r 1 @key{TAB}                 s l x @key{RET}
9163 @end group
9164 @end smallexample
9166 This is the new guess for @expr{x}.  Now we compare it with the
9167 old one to see if we've converged.
9169 @smallexample
9170 @group
9171 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9172 2:  5.24196     1:  0               .               .
9173 1:  4.5             .
9174     .
9176   @key{RET} M-@key{TAB}         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9177 @end group
9178 @end smallexample
9180 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9181 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9183 @smallexample
9184 @group
9185 2:  5.26345856348
9186 1:  0.499999999997
9187     .
9189  @key{RET} ' sin(cos($)) @key{RET}
9190 @end group
9191 @end smallexample
9193 Let's test the new definition again:
9195 @smallexample
9196 @group
9197 2:  x^2 - 9           1:  3.
9198 1:  1                     .
9199     .
9201   ' x^2-9 @key{RET} 1           X
9202 @end group
9203 @end smallexample
9205 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9207 @example
9208 @group
9209 C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}  /  ' x @key{RET} @key{TAB} -  t 1
9210            20 Z <  @key{RET} r 1 @key{TAB}  s l x @key{RET}
9211                    @key{RET} M-@key{TAB}  a =  Z /
9212               Z >
9213       Z '
9214 C-x )
9215 @end group
9216 @end example
9218 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9219 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9220 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9221 to see how to use it.
9223 @c [fix-ref Root Finding]
9224 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9225 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9226 @xref{Root Finding}.
9228 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9229 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9231 @noindent
9232 The first step is to adjust @expr{z} to be greater than 5.  A simple
9233 ``for'' loop will do the job here.  If @expr{z} is less than 5, we
9234 reduce the problem using 
9235 @texline @math{\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z}.
9236 @infoline @expr{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9237 on to compute 
9238 @texline @math{\psi(z+1)},
9239 @infoline @expr{psi(z+1)}, 
9240 and remember to add back a factor of @expr{-1/z} when we're done.  This
9241 step is repeated until @expr{z > 5}.
9243 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9244 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9245 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9246 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9247 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9248 just for purposes of illustration.)
9250 @smallexample
9251 @group
9252 1:  1.             1:  1.
9253     .                  .
9255  1.0 @key{RET}       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9256 @end group
9257 @end smallexample
9259 Here, variable 1 holds @expr{z} and variable 2 holds the adjustment
9260 factor.  If @expr{z < 5}, we use a loop to increase it.
9262 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9263 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9264 and will never converge because fractions compare equal only if they
9265 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9267 @smallexample
9268 @group
9269 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9270 2:  1.      1:  1            .
9271 1:  5           .
9272     .
9274   @key{RET} 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9275 @end group
9276 @end smallexample
9278 Now we compute the initial part of the sum:  
9279 @texline @math{\ln z - {1 \over 2z}}
9280 @infoline @expr{ln(z) - 1/2z}
9281 minus the adjustment factor.
9283 @smallexample
9284 @group
9285 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9286 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9287     .                      .
9289     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9290 @end group
9291 @end smallexample
9293 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9294 up the value of @expr{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9295 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9297 @smallexample
9298 @group
9299 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9300 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9301 1:  40            1:  2              2:  2                .
9302     .                 .              1:  36.
9303                                          .
9305    2 @key{RET} 40        Z ( @key{RET} k b @key{TAB}     @key{RET} r 1 @key{TAB} ^      * /
9307 @end group
9308 @end smallexample
9309 @noindent
9310 @smallexample
9311 @group
9312 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9313 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9314 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9315     .                 .
9317   @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}       - @key{RET} M-@key{TAB}      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9318 @end group
9319 @end smallexample
9321 This is the value of 
9322 @texline @math{-\gamma},
9323 @infoline @expr{- gamma}, 
9324 with a slight bit of roundoff error.  To get a full 12 digits, let's use
9325 a higher precision:
9327 @smallexample
9328 @group
9329 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9330 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9332     1. @key{RET}                   p 16 @key{RET} X
9333 @end group
9334 @end smallexample
9336 Here's the complete sequence of keystrokes:
9338 @example
9339 @group
9340 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9341            @key{RET} 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9342            L r 1 2 * & - r 2 -
9343            2 @key{RET} 40  Z (  @key{RET} k b @key{TAB} @key{RET} r 1 @key{TAB} ^ * /
9344                           @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} - @key{RET} M-@key{TAB} a = Z /
9345                   2  Z )
9346       Z '
9347 C-x )
9348 @end group
9349 @end example
9351 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9352 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9354 @noindent
9355 Taking the derivative of a term of the form @expr{x^n} will produce
9356 a term like 
9357 @texline @math{n x^{n-1}}.
9358 @infoline @expr{n x^(n-1)}.  
9359 Taking the derivative of a constant
9360 produces zero.  From this it is easy to see that the @expr{n}th
9361 derivative of a polynomial, evaluated at @expr{x = 0}, will equal the
9362 coefficient on the @expr{x^n} term times @expr{n!}.
9364 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9365 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9366 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9367 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9368 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9369 just for purposes of illustration.)
9371 @smallexample
9372 @group
9373 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9374 1:  6                          2:  0
9375     .                          1:  6
9376                                    .
9378   ' 5 x^4 + (x+1)^2 @key{RET} 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9379 @end group
9380 @end smallexample
9382 @noindent
9383 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9385 @smallexample
9386 @group
9387 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9388 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9389     .              1:  1                      .
9390                        .
9392    Z ( @key{TAB}         @key{RET} 0 s l x @key{RET}            M-@key{TAB} ! /  s | 1
9393 @end group
9394 @end smallexample
9396 @noindent
9397 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9398 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9399 have written instead, @kbd{r 1 @key{TAB} | t 1}.
9401 @smallexample
9402 @group
9403 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9404     .                         .             .
9406     a d x @key{RET}                 1 Z )         @key{DEL} r 1  Z ' C-x )
9407 @end group
9408 @end smallexample
9410 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9411 against a table of powers of @expr{x}.
9413 @smallexample
9414 @group
9415 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9416 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9417     .                            .
9419     6 @key{RET}                        1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x
9421 @end group
9422 @end smallexample
9423 @noindent
9424 @smallexample
9425 @group
9426 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9427 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9428     .
9430     ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^            *
9431 @end group
9432 @end smallexample
9434 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9436 @example
9437 @group
9438 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9439            Z (  @key{TAB} @key{RET} 0 s l x @key{RET} M-@key{TAB} ! /  s | 1
9440                 a d x @key{RET}
9441          1 Z ) r 1
9442       Z '
9443 C-x )
9445 C-x (  1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^ *  C-x )
9446 @end group
9447 @end example
9449 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9450 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9452 @noindent
9453 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9454 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9455 return one number, so @key{DEL} as a dummy definition will make
9456 sure the stack comes out right.
9458 @smallexample
9459 @group
9460 2:  4          1:  4                         2:  4
9461 1:  2              .                         1:  2
9462     .                                            .
9464   4 @key{RET} 2       C-x ( @key{DEL} C-x )  Z K s @key{RET}       2
9465 @end group
9466 @end smallexample
9468 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9469 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9470 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9471 to the form @expr{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9473 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9474 below.  You can use @kbd{C-x * m} to load it from there.)
9476 @smallexample
9477 @group
9478 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9479 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9480     .        2:  4       1:  0           .
9481              1:  2           .
9482                  .
9484   C-x (       M-2 @key{RET}        a =         Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1  Z :
9486 @end group
9487 @end smallexample
9488 @noindent
9489 @smallexample
9490 @group
9491 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9492 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9493 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9494 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9495     .                                                .        .
9497   @key{RET} 0   a = Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0  Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB}   M-2 @key{RET}     1 -      z s
9498 @end group
9499 @end smallexample
9501 @noindent
9502 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9503 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9505 @smallexample
9506 @group
9507 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9508 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9509 1:  2               2:  3           1:  3           .
9510     .               1:  2               .
9511                         .
9513  M-@key{TAB} M-@key{TAB}     @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}         z s          *          -
9515 @end group
9516 @end smallexample
9517 @noindent
9518 @smallexample
9519 @group
9520 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9521     .                           1:  2              .       1:  11
9522                                     .                          .
9524   Z ] Z ] C-x )   Z K s @key{RET}      @key{DEL} 4 @key{RET} 2       z s      M-@key{RET} k s
9525 @end group
9526 @end smallexample
9528 Even though the result that we got during the definition was highly
9529 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9530 the right answers.
9532 Here's the full program once again:
9534 @example
9535 @group
9536 C-x (  M-2 @key{RET} a =
9537        Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1
9538        Z :  @key{RET} 0 a =
9539             Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0
9540             Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB} M-2 @key{RET} 1 - z s
9541                  M-@key{TAB} M-@key{TAB} @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} z s * -
9542             Z ]
9543        Z ]
9544 C-x )
9545 @end group
9546 @end example
9548 You can read this definition using @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro})
9549 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9550 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9551 definition as it reads it in.  For this reason, @code{C-x * m} is often
9552 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9554 @node Programming Answer 12,  , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9555 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9557 @noindent
9558 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9559 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9561 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9562 Stirling numbers in a convenient variable:
9564 @smallexample
9565 s e StirlingRules @key{RET}
9566 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9567   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9568   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9569 C-c C-c
9570 @end smallexample
9572 Now, it's just a matter of applying the rules:
9574 @smallexample
9575 @group
9576 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9577 1:  2              .                        .
9578     .
9580   4 @key{RET} 2       C-x (  ' s($$,$) @key{RET}     a r StirlingRules @key{RET}  C-x )
9581 @end group
9582 @end smallexample
9584 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9585 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9586 the last rule.
9588 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9589 @tex
9590 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9591 @end tex
9593 @c [reference]
9595 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9596 @chapter Introduction
9598 @noindent
9599 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9600 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9601 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9603 @c [when-split]
9604 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
9606 @menu
9607 * Basic Commands::
9608 * Help Commands::
9609 * Stack Basics::
9610 * Numeric Entry::
9611 * Algebraic Entry::
9612 * Quick Calculator::
9613 * Prefix Arguments::
9614 * Undo::
9615 * Error Messages::
9616 * Multiple Calculators::
9617 * Troubleshooting Commands::
9618 @end menu
9620 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
9621 @section Basic Commands
9623 @noindent
9624 @pindex calc
9625 @pindex calc-mode
9626 @cindex Starting the Calculator
9627 @cindex Running the Calculator
9628 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
9629 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
9630 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
9631 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
9632 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
9633 mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
9634 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
9635 list of the results of all calculations that have been done.  The
9636 Calc Trail buffer uses a variant of Calc mode, so Calculator commands
9637 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
9638 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
9639 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.
9641 @kindex C-x * c
9642 @kindex C-x * *
9643 @ignore
9644 @mindex @null
9645 @end ignore
9646 In most installations, the @kbd{C-x * c} key sequence is a more
9647 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{C-x * *} 
9648 is a synonym for @kbd{C-x * c} unless you last used Calc
9649 in its Keypad mode.
9651 @kindex x
9652 @kindex M-x
9653 @pindex calc-execute-extended-command
9654 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
9655 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
9656 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
9657 key (@code{calc-execute-extended-command})
9658 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
9659 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
9660 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.
9662 @cindex Extensions module
9663 @cindex @file{calc-ext} module
9664 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{C-x * c}, the
9665 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
9666 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
9667 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
9668 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
9669 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
9670 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
9671 extension module automatically, you can force it to load all the
9672 extensions by using the @kbd{C-x * L} (@code{calc-load-everything})
9673 command.  @xref{Mode Settings}.
9675 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{C-x * c} with any numeric prefix argument,
9676 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
9677 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
9678 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
9679 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
9680 to auto-load the Calculator.
9682 @kindex C-x * b
9683 @pindex full-calc
9684 If you type @kbd{C-x * b}, then next time you use @kbd{C-x * c} you
9685 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
9686 When full-screen mode is on, @kbd{C-x * c} runs the @code{full-calc}
9687 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
9688 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
9689 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
9690 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
9692 @kindex C-x * o
9693 @pindex calc-other-window
9694 The @kbd{C-x * o} command is like @kbd{C-x * c} except that the Calc
9695 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
9696 window, @kbd{C-x * o} switches you out of it.  (The regular Emacs
9697 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
9698 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
9699 @kbd{C-x * o} takes care not to do.)
9701 @ignore
9702 @mindex C-x * q
9703 @end ignore
9704 For one quick calculation, you can type @kbd{C-x * q} (@code{quick-calc})
9705 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
9706 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
9707 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
9709 @ignore
9710 @mindex C-x * k
9711 @end ignore
9712 Finally, if you are using the X window system you may want to try
9713 @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
9714 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
9715 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
9717 @kindex q
9718 @pindex calc-quit
9719 @cindex Quitting the Calculator
9720 @cindex Exiting the Calculator
9721 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc mode and closes the
9722 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
9723 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
9724 contents of the stack intact.  Typing @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}
9725 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
9726 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{C-x * *} as toggling the
9727 Calculator on and off.
9729 @kindex C-x * x
9730 The @kbd{C-x * x} command also turns the Calculator off, no matter which
9731 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
9732 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
9734 @kindex d @key{SPC}
9735 @pindex calc-refresh
9736 @cindex Refreshing a garbled display
9737 @cindex Garbled displays, refreshing
9738 The @kbd{d @key{SPC}} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
9739 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
9740 buffer have been damaged somehow.
9742 @ignore
9743 @mindex o
9744 @end ignore
9745 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
9746 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
9748 @kindex <
9749 @kindex >
9750 @pindex calc-scroll-left
9751 @pindex calc-scroll-right
9752 @cindex Horizontal scrolling
9753 @cindex Scrolling
9754 @cindex Wide text, scrolling
9755 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
9756 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
9757 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
9758 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
9759 window whenever it can.)
9761 @kindex @{
9762 @kindex @}
9763 @pindex calc-scroll-down
9764 @pindex calc-scroll-up
9765 @cindex Vertical scrolling
9766 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
9767 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
9768 height of the Calc window.
9770 @kindex C-x * 0
9771 @pindex calc-reset
9772 The @kbd{C-x * 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{C-x *} followed
9773 by a zero) resets the Calculator to its initial state.  This clears
9774 the stack, resets all the modes to their initial values (the values
9775 that were saved with @kbd{m m} (@code{calc-save-modes})), clears the
9776 caches (@pxref{Caches}), and so on.  (It does @emph{not} erase the
9777 values of any variables.) With an argument of 0, Calc will be reset to
9778 its default state; namely, the modes will be given their default values.
9779 With a positive prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of
9780 the stack but resets everything else to its initial state; with a
9781 negative prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of the
9782 stack but resets everything else to its default state.
9784 @pindex calc-version
9785 The @kbd{M-x calc-version} command displays the current version number
9786 of Calc and the name of the person who installed it on your system.
9787 (This information is also present in the @samp{*Calc Trail*} buffer,
9788 and in the output of the @kbd{h h} command.)
9790 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
9791 @section Help Commands
9793 @noindent
9794 @cindex Help commands
9795 @kindex ?
9796 @pindex calc-help
9797 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
9798 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs'
9799 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
9800 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
9801 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
9802 to see additional commands for that prefix.)
9804 @kindex h h
9805 @pindex calc-full-help
9806 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
9807 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
9808 summary of Calc keystrokes.
9810 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
9811 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
9812 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
9814 @kindex h i
9815 @kindex C-x * i
9816 @kindex i
9817 @pindex calc-info
9818 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
9819 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
9820 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
9821 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
9822 manual.  The @kbd{C-x * i} command is another way to read the Calc
9823 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
9824 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
9825 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
9826 different command in a future version of Calc.
9828 @kindex h t
9829 @kindex C-x * t
9830 @pindex calc-tutorial
9831 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
9832 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
9833 except that it selects the starting node of the tutorial rather
9834 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
9835 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
9836 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
9837 The @kbd{C-x * t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
9838 all times).
9840 @kindex h s
9841 @kindex C-x * s
9842 @pindex calc-info-summary
9843 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
9844 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{C-x * s}
9845 key is equivalent to @kbd{h s}.
9847 @kindex h k
9848 @pindex calc-describe-key
9849 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
9850 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
9851 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
9852 command.  This works by looking up the textual description of
9853 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
9854 node indicated by the index.
9856 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
9857 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
9858 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
9859 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
9861 @kindex h c
9862 @pindex calc-describe-key-briefly
9863 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
9864 key sequence and displays a brief one-line description of it at
9865 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
9866 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
9867 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
9868 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
9869 gives the description:
9871 @smallexample
9872 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
9873 @end smallexample
9875 @noindent
9876 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
9877 takes a value @expr{a} from the stack, prompts for a value @expr{v},
9878 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
9879 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
9880 additional notes from the summary that apply to this command.
9882 @kindex h f
9883 @pindex calc-describe-function
9884 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
9885 algebraic function or a command name in the Calc manual.  Enter an
9886 algebraic function name to look up that function in the Function
9887 Index or enter a command name beginning with @samp{calc-} to look it 
9888 up in the Command Index.  This command will also look up operator
9889 symbols that can appear in algebraic formulas, like @samp{%} and 
9890 @samp{=>}.
9892 @kindex h v
9893 @pindex calc-describe-variable
9894 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
9895 variable in the Calc manual.  Enter a variable name like @code{pi} or
9896 @code{PlotRejects}.
9898 @kindex h b
9899 @pindex describe-bindings
9900 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
9901 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
9902 listed.
9904 @kindex h n
9905 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
9906 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
9907 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
9908 source files.
9910 @kindex h C-c
9911 @kindex h C-d
9912 @kindex h C-w
9913 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
9914 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
9915 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
9916 Bugs'' sections of the manual.
9918 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
9919 @section Stack Basics
9921 @noindent
9922 @cindex Stack basics
9923 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
9924 Calc uses RPN notation.  If you are not familiar with RPN, @pxref{RPN
9925 Tutorial}.
9927 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
9928 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
9929 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
9930 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
9931 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
9932 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
9933 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
9934 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@mathit{-2}).
9936 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
9937 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
9938 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
9939 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
9940 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
9941 @pxref{Truncating the Stack}.
9943 @kindex d l
9944 @pindex calc-line-numbering
9945 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
9946 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
9947 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
9948 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
9949 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
9951 @kindex o
9952 @pindex calc-realign
9953 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
9954 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
9955 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
9956 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
9958 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
9959 two consecutive numbers.
9960 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
9961 would enter the number 12.)  If you press @key{RET} or @key{SPC} @emph{not}
9962 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
9963 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.
9965 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
9966 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
9967 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
9968 commands.
9970 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
9971 @section Numeric Entry
9973 @noindent
9974 @kindex 0-9
9975 @kindex .
9976 @kindex e
9977 @cindex Numeric entry
9978 @cindex Entering numbers
9979 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
9980 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
9981 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
9982 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
9983 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
9985 @cindex Minus signs
9986 @cindex Negative numbers, entering
9987 @kindex _
9988 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
9989 typified by @expr{a-b} (subtraction), @expr{-x}
9990 (change-sign), and @expr{-5} (negative number).  Calc uses three
9991 different keys for these operations, respectively:
9992 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
9993 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
9994 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
9995 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
9996 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
9997 number @mathit{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
9998 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.
10000 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10001 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10002 These notations are described later in this manual with the corresponding
10003 data types.  @xref{Data Types}.
10005 During numeric entry, the only editing key available is @key{DEL}.
10007 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10008 @section Algebraic Entry
10010 @noindent
10011 @kindex '
10012 @pindex calc-algebraic-entry
10013 @cindex Algebraic notation
10014 @cindex Formulas, entering
10015 Calculations can also be entered in algebraic form.  This is accomplished
10016 by typing the apostrophe key, @kbd{'}, followed by the expression in
10017 standard format:  @kbd{@key{'} 2+3*4 @key{RET}} computes
10018 @texline @math{2+(3\times4) = 14}
10019 @infoline @expr{2+(3*4) = 14} 
10020 and pushes that on the stack.  If you wish you can
10021 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10022 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10023 clear previous results off the stack.
10025 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10026 the half-entered number into Algebraic entry mode.  One reason to do this
10027 would be to use the full Emacs cursor motion and editing keys, which are
10028 available during algebraic entry but not during numeric entry.
10030 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10031 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10032 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10033 @xref{Editing Stack Entries}.
10035 @kindex m a
10036 @pindex calc-algebraic-mode
10037 @cindex Algebraic Mode
10038 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10039 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10040 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10041 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10042 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10043 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10044 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10045 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10046 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.
10048 @cindex Incomplete Algebraic Mode
10049 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10050 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10051 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10052 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10054 @kindex m t
10055 @pindex calc-total-algebraic-mode
10056 @cindex Total Algebraic Mode
10057 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10058 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10059 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10060 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10061 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10062 Total Algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10063 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10064 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns Total Algebraic
10065 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10066 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 @key{RET} M-S}.  The symbol
10067 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10069 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10070 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10071 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10073 @kindex $
10074 @cindex Formulas, referring to stack
10075 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10076 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10077 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10078 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10079 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10080 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10081 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10082 first character in the new formula.
10084 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10085 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10086 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10087 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10088 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10089 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10090 since no single @samp{$} appears in this formula.)
10092 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10093 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10094 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10095 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10096 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10097 on the stack and pushes an additional 6.
10099 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10100 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10101 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10102 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10103 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10104 @key{TAB} key.
10106 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-@key{RET}} instead
10107 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10108 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10109 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-@key{RET}} pushes 3.1415.)
10111 If you finish your algebraic entry by pressing @key{LFD} (or @kbd{C-j})
10112 instead of @key{RET}, Calc disables the default simplifications
10113 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10114 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10115 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @expr{1+2};
10116 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10118 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10119 @section ``Quick Calculator'' Mode
10121 @noindent
10122 @kindex C-x * q
10123 @pindex quick-calc
10124 @cindex Quick Calculator
10125 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10126 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{C-x * q} (or
10127 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10128 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10129 area, without ever actually putting up a Calc window.
10131 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10132 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10133 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10134 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10135 forget what it was, just run @code{C-x * q} again and enter
10136 @samp{$} as the formula.
10138 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10139 session, the @kbd{C-x * q} command will create the @code{*Calculator*}
10140 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10141 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10142 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10143 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10144 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10145 the regular @kbd{p} command.
10147 If you use @code{C-x * q} from inside the Calculator buffer, the
10148 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10150 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10151 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10152 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10153 to yank the result into the next @kbd{C-x * q} input line as a more
10154 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10155 into the Calculator stack after typing @kbd{C-x * c}.
10157 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10158 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10159 buffer rather than going into the kill ring.
10161 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10162 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10163 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10164 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10165 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10166 @xref{Store and Recall}.
10168 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10169 the number will also be displayed in hex and octal formats.  If the
10170 integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10171 an ASCII character.
10173 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10174 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10175 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10176 is displayed only according to the current mode settings.  But
10177 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10178 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10179 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10181 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10182 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10183 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10184 small calculations.
10186 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10187 @section Numeric Prefix Arguments
10189 @noindent
10190 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10191 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10192 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10193 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10194 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.
10196 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10197 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10198 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10199 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10200 on the entire stack.
10202 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10203 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10204 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10205 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10206 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10207 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10208 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10209 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10210 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10211 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10212 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10213 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10214 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10215 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10216 argument for some other purpose.
10218 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10219 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10220 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10221 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.
10223 @kindex ~
10224 @pindex calc-num-prefix
10225 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10226 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10227 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10228 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10229 to the fourth power and set the precision to that value.
10231 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10232 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10234 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10235 @section Undoing Mistakes
10237 @noindent
10238 @kindex U
10239 @kindex C-_
10240 @pindex calc-undo
10241 @cindex Mistakes, undoing
10242 @cindex Undoing mistakes
10243 @cindex Errors, undoing
10244 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10245 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10246 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10247 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10248 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10249 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10250 specified number of operations.  The undo history is cleared only by the
10251 @kbd{q} (@code{calc-quit}) command.  (Recall that @kbd{C-x * c} is
10252 synonymous with @code{calc-quit} while inside the Calculator; this
10253 also clears the undo history.)
10255 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10256 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10257 will need to reset the mode yourself.
10259 @kindex D
10260 @pindex calc-redo
10261 @cindex Redoing after an Undo
10262 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10263 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10264 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10265 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10266 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10267 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10268 any other change, then it will be too late to redo.
10270 @kindex M-@key{RET}
10271 @pindex calc-last-args
10272 @cindex Last-arguments feature
10273 @cindex Arguments, restoring
10274 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10275 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10276 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10277 prefix argument, this command applies to the @expr{n}th most recent
10278 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10279 onto the stack.
10281 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10282 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10284 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10285 @xref{Trail Commands}.
10287 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10289 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10290 @section Error Messages
10292 @noindent
10293 @kindex w
10294 @pindex calc-why
10295 @cindex Errors, messages
10296 @cindex Why did an error occur?
10297 Many situations that would produce an error message in other calculators
10298 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10299 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @expr{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10300 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10301 reasons for this to happen.
10303 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10304 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10305 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10306 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10307 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10308 the same computation results in several messages.  (The first message
10309 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10311 @kindex d w
10312 @pindex calc-auto-why
10313 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10314 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10315 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10316 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10317 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10318 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10320 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10321 @section Multiple Calculators
10323 @noindent
10324 @pindex another-calc
10325 It is possible to have any number of Calc mode buffers at once.
10326 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10327 is similar to @kbd{C-x * c} except that if a @samp{*Calculator*}
10328 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10329 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10330 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10331 this would ordinarily never be done.
10333 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10334 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10335 Calculator buffer.
10337 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10338 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10339 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10340 global default values of these variables are used only when a new
10341 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10342 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10344 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10345 Calculator buffers.
10347 @node Troubleshooting Commands,  , Multiple Calculators, Introduction
10348 @section Troubleshooting Commands
10350 @noindent
10351 This section describes commands you can use in case a computation
10352 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10354 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10355 to a bug or deficiency in Calc.
10357 @menu
10358 * Autoloading Problems::
10359 * Recursion Depth::
10360 * Caches::
10361 * Debugging Calc::
10362 @end menu
10364 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10365 @subsection Autoloading Problems
10367 @noindent
10368 The Calc program is split into many component files; components are
10369 loaded automatically as you use various commands that require them.
10370 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10371 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10372 work because some function you've never heard of was undefined.
10374 @kindex C-x * L
10375 @pindex calc-load-everything
10376 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{C-x * L}
10377 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10378 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10379 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10381 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10382 @subsection Recursion Depth
10384 @noindent
10385 @kindex M
10386 @kindex I M
10387 @pindex calc-more-recursion-depth
10388 @pindex calc-less-recursion-depth
10389 @cindex Recursion depth
10390 @cindex ``Computation got stuck'' message
10391 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10392 @cindex @code{max-specpdl-size}
10393 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10394 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10395 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10396 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10397 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10398 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10399 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)
10401 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10402 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10403 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10404 The default value is 1000.
10406 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10407 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10409 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10410 @subsection Caches
10412 @noindent
10413 @cindex Caches
10414 @cindex Flushing caches
10415 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10416 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10417 constant @cpi{} to about 20 decimal places; if the current precision
10418 is greater than this, it will recompute @cpi{} using a series
10419 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10420 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10421 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10422 @cpiover{4} and 
10423 @texline @math{\ln 2}.
10424 @infoline @expr{ln(2)}.  
10425 The visible effect of caching is that
10426 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10427 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10428 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10429 data points computed by the graphing commands.
10431 @pindex calc-flush-caches
10432 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10433 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10434 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10435 The @kbd{C-x * 0} (with the zero key) command also resets caches along
10436 with all other aspects of the Calculator's state.
10438 @node Debugging Calc,  , Caches, Troubleshooting Commands
10439 @subsection Debugging Calc
10441 @noindent
10442 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10443 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10444 your own Calc commands.
10446 @kindex Z T
10447 @pindex calc-timing
10448 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10449 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10450 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10451 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10452 accurate only to within one second.
10454 All steps of executing a command are included; in particular, time
10455 taken to format the result for display in the stack and trail is
10456 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10457 be answered, while others do not; this depends on the exact
10458 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10459 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10460 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10461 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10462 to execute the whole macro.
10464 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10465 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10466 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10467 that may take a long time to format and you don't wish to count
10468 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10469 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10470 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10472 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10473 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10474 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10475 This generally prevents garbage collection during the timing of
10476 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10477 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10478 factor in the timing of Emacs operations.)
10480 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10481 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10482 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10483 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10484 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10485 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10486 in the handler itself rather than at the true location of the
10487 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10488 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10489 will be lost.
10491 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10492 @chapter Data Types
10494 @noindent
10495 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10496 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10497 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10498 types are represented as underlying Lisp objects.)
10500 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10501 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10502 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10503 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10504 arbitrarily:@: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10505 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10506 matrices, or algebraic formulas.
10508 @menu
10509 * Integers::                The most basic data type.
10510 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10511 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10512 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10513 * Infinities::
10514 * Vectors and Matrices::
10515 * Strings::
10516 * HMS Forms::
10517 * Date Forms::
10518 * Modulo Forms::
10519 * Error Forms::
10520 * Interval Forms::
10521 * Incomplete Objects::
10522 * Variables::
10523 * Formulas::
10524 @end menu
10526 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10527 @section Integers
10529 @noindent
10530 @cindex Integers
10531 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10532 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10533 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10534 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10535 floating-point form according to the current Fraction mode.
10536 @xref{Fraction Mode}.)
10538 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10539 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10540 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10541 must not type commas during the entry of numbers.
10543 @kindex #
10544 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10545 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10546 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10547 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10548 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10549 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10550 number, the current display radix is used.
10552 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10553 @section Fractions
10555 @noindent
10556 @cindex Fractions
10557 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10558 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10559 performs RPN division; the following two sequences push the number
10560 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10561 assuming Fraction mode has been enabled.)
10562 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10563 simplest form, which may in fact be an integer.
10565 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10566 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10567 display formats.
10569 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10570 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10571 form).  The numerator and denominator always use the same radix.
10573 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10574 @section Floats
10576 @noindent
10577 @cindex Floating-point numbers
10578 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10579 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10580 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10581 range of acceptable values is from 
10582 @texline @math{10^{-3999999}}
10583 @infoline @expr{10^-3999999} 
10584 (inclusive) to 
10585 @texline @math{10^{4000000}}
10586 @infoline @expr{10^4000000}
10587 (exclusive), plus the corresponding negative values and zero.
10589 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10590 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10591 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10592 indicate that during the calculation a number would have been produced
10593 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10594 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10595 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10596 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10597 would have overflowed!)
10599 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10600 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10601 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10602 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10604 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10605 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
10606 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
10607 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
10608 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
10609 or 0.235.
10611 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
10612 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
10613 displayed in scientific notation.  Various other display options are
10614 available.  @xref{Float Formats}.
10616 @cindex Accuracy of calculations
10617 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
10618 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
10619 number of significant digits specified by the current precision,
10620 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
10621 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
10622 as square roots and transcendental functions are performed with several
10623 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
10624 final result accurate to the full requested precision.  However,
10625 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
10626 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
10627 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
10628 way.
10630 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
10631 and displayed in any radix just like integers and fractions.  Since a
10632 float that is entered in a radix other that 10 will be converted to
10633 decimal, the number that Calc stores may not be exactly the number that
10634 was entered, it will be the closest decimal approximation given the
10635 current precison.  The notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}}
10636 is a floating-point number whose digits are in the specified radix.
10637 Note that the @samp{.}  is more aptly referred to as a ``radix point''
10638 than as a decimal point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is
10639 defined as @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can
10640 use @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific
10641 notation.  The exponent is written in decimal, and is considered to be a
10642 power of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above,
10643 the letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
10644 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
10645 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
10647 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
10648 @section Complex Numbers
10650 @noindent
10651 @cindex Complex numbers
10652 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
10653 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
10654 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
10655 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
10656 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
10657 notation; @pxref{Complex Formats}.
10659 Polar complex numbers are displayed in the form 
10660 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'
10661 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'
10662 where @var{r} is the nonnegative magnitude and 
10663 @texline @math{\theta}
10664 @infoline @var{theta} 
10665 is the argument or phase angle.  The range of 
10666 @texline @math{\theta}
10667 @infoline @var{theta} 
10668 depends on the current angular mode (@pxref{Angular Modes}); it is
10669 generally between @mathit{-180} and @mathit{+180} degrees or the equivalent range
10670 in radians. 
10672 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
10673 @xref{Incomplete Objects}.
10675 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
10676 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
10677 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
10678 a negative real), the current @dfn{Polar mode} is used to determine the
10679 type.  @xref{Polar Mode}.
10681 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
10682 is 0 or 180 degrees or @cpi{} radians) is automatically converted to a real
10683 number.
10685 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
10686 @section Infinities
10688 @noindent
10689 @cindex Infinity
10690 @cindex @code{inf} variable
10691 @cindex @code{uinf} variable
10692 @cindex @code{nan} variable
10693 @vindex inf
10694 @vindex uinf
10695 @vindex nan
10696 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
10697 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
10698 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
10699 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
10700 names for your own variables because Calc gives them special
10701 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
10702 entered using algebraic entry.
10704 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
10705 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
10706 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
10707 really mean is that @expr{1 / x}, as @expr{x} becomes larger and
10708 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
10709 that if @expr{x} got ``all the way to infinity,'' then @expr{1 / x}
10710 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
10711 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that 
10712 @texline @math{e^x}
10713 @infoline @expr{exp(x)} 
10714 grows without bound as @expr{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise
10715 stands for an infinitely negative real value; for example, we say that
10716 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
10717 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
10719 The same concept of limits can be used to define @expr{1 / 0}.  We
10720 really want the value that @expr{1 / x} approaches as @expr{x}
10721 approaches zero.  But if all we have is @expr{1 / 0}, we can't
10722 tell which direction @expr{x} was coming from.  If @expr{x} was
10723 positive and decreasing toward zero, then we should say that
10724 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @expr{x} was negative and increasing
10725 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @expr{x}
10726 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
10727 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
10728 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
10729 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
10731 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
10732 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
10733 already have them.  Thus, @expr{1 / 0} is treated simply as an
10734 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
10735 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
10736 @expr{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
10737 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
10738 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
10739 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
10740 some cases.
10742 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
10743 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
10744 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
10745 adding a finite number like five to it does not affect it.
10746 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
10747 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
10748 Just to show that infinities really are all the same size,
10749 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
10750 notation.
10752 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
10753 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
10754 came from, the answer could be literally anything.  The latter
10755 formula could be the limit of @expr{x / x} (giving a result of one),
10756 or @expr{2 x / x} (giving two), or @expr{x^2 / x} (giving @code{inf}),
10757 or @expr{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
10758 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
10759 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
10760 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
10761 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
10762 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
10763 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
10764 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
10765 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
10766 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on Infinite mode
10767 (as described above).
10769 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
10770 @xref{Interval Forms}.
10772 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
10773 @section Vectors and Matrices
10775 @noindent
10776 @cindex Vectors
10777 @cindex Plain vectors
10778 @cindex Matrices
10779 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
10780 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
10781 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
10782 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
10783 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
10785 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
10786 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
10787 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
10788 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
10789 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
10790 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
10791 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
10792 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
10793 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
10794 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
10795 this case.
10797 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
10798 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
10799 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
10800 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
10801 of its elements.
10803 @ignore
10804 @starindex
10805 @end ignore
10806 @tindex vec
10807 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
10808 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an 
10809 @texline @math{n\times m}
10810 @infoline @var{n}x@var{m}
10811 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
10812 from 1 to @samp{n}.
10814 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
10815 @section Strings
10817 @noindent
10818 @kindex "
10819 @cindex Strings
10820 @cindex Character strings
10821 Character strings are not a special data type in the Calculator.
10822 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
10823 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
10824 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
10825 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
10826 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
10828 @example
10829 @group
10830 \a     7          \^@@    0
10831 \b     8          \^a-z  1-26
10832 \e     27         \^[    27
10833 \f     12         \^\\   28
10834 \n     10         \^]    29
10835 \r     13         \^^    30
10836 \t     9          \^_    31
10837                   \^?    127
10838 @end group
10839 @end example
10841 @noindent
10842 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
10843 character from its ASCII code.
10845 @kindex d "
10846 @pindex calc-display-strings
10847 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
10848 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
10849 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
10850 instead.
10852 The backslash notations shown above are also used for displaying
10853 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
10854 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
10855 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
10856 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
10857 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
10859 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
10860 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
10861 way to do conversions between ASCII characters and integers.
10863 @ignore
10864 @starindex
10865 @end ignore
10866 @tindex string
10867 There is a @code{string} function which provides a different display
10868 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
10869 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
10870 corresponding string of characters with no surrounding quotation
10871 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
10872 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
10873 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
10874 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
10875 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
10877 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
10878 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
10879 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
10880 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
10882 @ignore
10883 @starindex
10884 @end ignore
10885 @tindex bstring
10886 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
10887 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
10888 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
10889 character in the string.
10891 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
10892 @section HMS Forms
10894 @noindent
10895 @cindex Hours-minutes-seconds forms
10896 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
10897 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
10898 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
10899 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
10900 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
10901 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
10902 degrees, minutes, and seconds.
10904 @kindex @@
10905 @ignore
10906 @mindex @null
10907 @end ignore
10908 @kindex ' (HMS forms)
10909 @ignore
10910 @mindex @null
10911 @end ignore
10912 @kindex " (HMS forms)
10913 @ignore
10914 @mindex @null
10915 @end ignore
10916 @kindex h (HMS forms)
10917 @ignore
10918 @mindex @null
10919 @end ignore
10920 @kindex o (HMS forms)
10921 @ignore
10922 @mindex @null
10923 @end ignore
10924 @kindex m (HMS forms)
10925 @ignore
10926 @mindex @null
10927 @end ignore
10928 @kindex s (HMS forms)
10929 The default format for HMS values is
10930 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
10931 @samp{h} (for ``hours'') or
10932 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
10933 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
10934 accepted in place of @samp{"}.
10935 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
10936 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
10937 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
10938 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
10939 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
10940 as @mathit{- @var{hours}} @mathit{-} @var{mins}/60 @mathit{-} @var{secs}/3600.
10941 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.
10943 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
10944 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
10945 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
10946 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
10948 @pindex calc-time
10949 @cindex Time of day
10950 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
10951 the stack as an HMS form.
10953 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
10954 @section Date Forms
10956 @noindent
10957 @cindex Date forms
10958 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
10959 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
10960 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
10961 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
10962 computes the number of days between them (represented as a simple
10963 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
10964 are nonsensical and are not allowed by Calc.
10966 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
10967 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
10968 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
10969 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
10970 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
10972 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
10973 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
10974 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
10975 if the internal number is a fraction or float, the form represents
10976 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
10977 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
10978 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
10979 time can be stored without roundoff error.
10981 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
10982 additional digits in the seconds position.  For example, if the
10983 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
10984 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
10985 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
10986 if astronomically high years are used, though this will not be an
10987 issue in everyday (or even everymillennium) use.  Note that date
10988 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
10989 never an issue for them.
10991 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
10992 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
10993 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
10995 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
10996 year numbers represent years BC.  Calc uses a combination of the
10997 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
10998 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
10999 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11001 @cindex Julian calendar
11002 @cindex Gregorian calendar
11003 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11004 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11005 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11006 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11007 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11008 calendar was adopted around the year we call 8 AD.  Some centuries
11009 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11010 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11011 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11012 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11013 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11014 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11015 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11016 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11017 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11018 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11019 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11020 To take another example, Russia waited until 1918 before
11021 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11022 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11023 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11024 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11026 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11027 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11028 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11029 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11030 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11032 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11033 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11034 yet been invented.  Thus the claim that day number @mathit{-10000} is
11035 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11037 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11038 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11039 days 0 and @mathit{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11041 @cindex Julian day counting
11042 Another day counting system in common use is, confusingly, also
11043 called ``Julian.''  It was invented in 1583 by Joseph Justus
11044 Scaliger, who named it in honor of his father Julius Caesar
11045 Scaliger.  For obscure reasons he chose to start his day
11046 numbering on Jan 1, 4713 BC at noon, which in Calc's scheme
11047 is @mathit{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11048 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by
11049 unpacking a date form into a Julian day number, simply add
11050 1721423.5.  The Julian code for @samp{6:00am Jan 9, 1991}
11051 is 2448265.75.  The built-in @kbd{t J} command performs
11052 this conversion for you.
11054 @cindex Unix time format
11055 The Unix operating system measures time as an integer number of
11056 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11057 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11058 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11059 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11060 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11061 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11062 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11063 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11064 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11065 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11066 for California time.  The same is usually true of Julian day
11067 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11068 conversions.
11070 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11071 @section Modulo Forms
11073 @noindent
11074 @cindex Modulo forms
11075 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11076 an integer multiple of) some value @var{M}.  Arithmetic modulo @var{M}
11077 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11078 `@var{a} @tfn{mod} @var{M}',
11079 where @var{a} and @var{M} are real numbers or HMS forms, and
11080 @texline @math{0 \le a < M}.
11081 @infoline @expr{0 <= a < @var{M}}.
11082 In many applications @expr{a} and @expr{M} will be
11083 integers but this is not required.
11085 @ignore
11086 @mindex M
11087 @end ignore
11088 @kindex M (modulo forms)
11089 @ignore
11090 @mindex mod
11091 @end ignore
11092 @tindex mod (operator)
11093 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11094 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11095 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @expr{M}
11096 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11097 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11098 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.
11100 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11101 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11102 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11103 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11104 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11105 the result always lies in the desired range.
11107 When two modulo forms with identical @expr{M}'s are added or multiplied,
11108 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11109 @expr{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11110 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11111 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11112 to the power, then reduced modulo @expr{M}.  (When all values involved
11113 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11114 actually computing the power and then reducing.)
11116 @cindex Modulo division
11117 Two modulo forms `@var{a} @tfn{mod} @var{M}' and `@var{b} @tfn{mod} @var{M}'
11118 can be divided if @expr{a}, @expr{b}, and @expr{M} are all
11119 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11120 `@var{b} @tfn{mod} @var{M}', produces `@var{a} @tfn{mod} @var{M}'.  If
11121 there is no solution to this equation (which can happen only when
11122 @expr{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11123 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11124 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11125 @w{`@tfn{(}@var{a} @tfn{mod} @var{M}@tfn{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11126 in the sense of reducing 
11127 @texline @math{\sqrt a}
11128 @infoline @expr{sqrt(a)} 
11129 modulo @expr{M}, this is not a useful definition from the
11130 number-theoretical point of view.)
11132 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11133 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11134 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @expr{M}
11135 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11136 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11137 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11138 24 radians!
11140 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11141 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11142 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11144 You can use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11145 @xref{Packing and Unpacking}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11147 @ignore
11148 @starindex
11149 @end ignore
11150 @tindex makemod
11151 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11152 @w{@samp{a mod m}}.
11154 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11155 @section Error Forms
11157 @noindent
11158 @cindex Error forms
11159 @cindex Standard deviations
11160 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11161 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11162 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11163 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} sigma' 
11164 stands for an uncertain value which follows
11165 a normal or Gaussian distribution of mean @expr{x} and standard
11166 deviation or ``error'' 
11167 @texline @math{\sigma}.
11168 @infoline @expr{sigma}.
11169 Both the mean and the error can be either numbers or
11170 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11171 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11172 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11173 regular number by the Calculator.
11175 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11176 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11177 numbers.  The error part for any function @expr{f(x)} (such as 
11178 @texline @math{\sin x}
11179 @infoline @expr{sin(x)})
11180 is defined by the error of @expr{x} times the derivative of @expr{f}
11181 evaluated at the mean value of @expr{x}.  For a two-argument function
11182 @expr{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11183 of the squares of the errors due to @expr{x} and @expr{y}.
11184 @tex
11185 $$ \eqalign{
11186   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11187     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11188   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11189     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11190         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11191                              \right| \right)^2
11192              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11193                              \right| \right)^2 } \cr
11194 } $$
11195 @end tex
11196 Note that this
11197 definition assumes the errors in @expr{x} and @expr{y} are uncorrelated.
11198 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11199 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11200 of two independent values which happen to have the same probability
11201 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11202 The former will produce an answer with less error, since on the average
11203 the two independent errors can be expected to cancel out.
11205 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11206 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11207 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11208 are small.  As an example, the error arising from
11209 @texline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}@tfn{)}' 
11210 @infoline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}@tfn{)}' 
11211 is 
11212 @texline `@math{\sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11213 @infoline `@var{sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11214 When @expr{x} is close to zero,
11215 @texline @math{\cos x}
11216 @infoline @expr{cos(x)} 
11217 is close to one so the error in the sine is close to 
11218 @texline @math{\sigma};
11219 @infoline @expr{sigma};
11220 this makes sense, since 
11221 @texline @math{\sin x}
11222 @infoline @expr{sin(x)} 
11223 is approximately @expr{x} near zero, so a given error in @expr{x} will
11224 produce about the same error in the sine.  Likewise, near 90 degrees
11225 @texline @math{\cos x}
11226 @infoline @expr{cos(x)} 
11227 is nearly zero and so the computed error is
11228 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @expr{x}
11229 has relatively little effect on the value of 
11230 @texline @math{\sin x}.
11231 @infoline @expr{sin(x)}.  
11232 However, consider @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so
11233 Calc will report zero error!  We get an obviously wrong result because
11234 we have violated the small-error approximation underlying the error
11235 analysis.  If the error in @expr{x} had been small, the error in
11236 @texline @math{\sin x}
11237 @infoline @expr{sin(x)} 
11238 would indeed have been negligible.
11240 @ignore
11241 @mindex p
11242 @end ignore
11243 @kindex p (error forms)
11244 @tindex +/-
11245 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11246 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11247 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11248 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-+} to
11249 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11251 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11252 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11253 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11254 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11255 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11256 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11257 considers an error form with real components to represent a real number,
11258 not a complex distribution around a real mean.
11260 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11261 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11263 @ignore
11264 @starindex
11265 @end ignore
11266 @tindex sdev
11267 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11269 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11270 @section Interval Forms
11272 @noindent
11273 @cindex Interval forms
11274 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11275 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11276 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11277 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11278 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11279 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11280 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11281 of the possible range of values a computation will produce, given the
11282 set of possible values of the input.
11284 @ifnottex
11285 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11286 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11287 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11288 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11289 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11290 terms,
11291 @samp{[2 ..@: 4]} means @expr{2 <= x <= 4}, whereas
11292 @samp{[2 ..@: 4)} represents @expr{2 <= x < 4},
11293 @samp{(2 ..@: 4]} represents @expr{2 < x <= 4}, and
11294 @samp{(2 ..@: 4)} represents @expr{2 < x < 4}.
11295 @end ifnottex
11296 @tex
11297 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11298 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11299 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11300 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11301 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11302 terms,
11303 $$ \eqalign{
11304    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11305    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11306    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11307    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11308 } $$
11309 @end tex
11311 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11312 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11313 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11314 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11315 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11316 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11317 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11318 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11319 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11320 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11321 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11322 the real infinities.
11324 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11325 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11326 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11327 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11328 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11329 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11330 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11332 Infinite mode also affects operations on intervals
11333 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11334 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11335 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in Infinite mode;
11336 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11337 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11338 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11339 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11340 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11342 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11343 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11344 form 
11345 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11346 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}' 
11347 means a variable is random, and its value could
11348 be anything but is ``probably'' within one 
11349 @texline @math{\sigma} 
11350 @infoline @var{sigma} 
11351 of the mean value @expr{x}. An interval 
11352 `@tfn{[}@var{a} @tfn{..@:} @var{b}@tfn{]}' means a
11353 variable's value is unknown, but guaranteed to lie in the specified
11354 range.  Error forms are statistical or ``average case'' approximations;
11355 interval arithmetic tends to produce ``worst case'' bounds on an
11356 answer.
11358 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11359 HMS forms or date forms.
11361 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11362 as subsets of the set of real numbers.
11364 @ignore
11365 @starindex
11366 @end ignore
11367 @tindex intv
11368 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11369 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11370 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11371 3 for @samp{[..]}.
11373 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11374 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11375 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11376 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11377 which means that roundoff errors could creep into an interval
11378 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11379 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11380 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11381 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11382 error.
11384 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11385 @section Incomplete Objects
11387 @noindent
11388 @ignore
11389 @mindex [ ]
11390 @end ignore
11391 @kindex [
11392 @ignore
11393 @mindex ( )
11394 @end ignore
11395 @kindex (
11396 @kindex ,
11397 @ignore
11398 @mindex @null
11399 @end ignore
11400 @kindex ]
11401 @ignore
11402 @mindex @null
11403 @end ignore
11404 @kindex )
11405 @cindex Incomplete vectors
11406 @cindex Incomplete complex numbers
11407 @cindex Incomplete interval forms
11408 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11409 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11410 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11411 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11412 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11413 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11415 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11416 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11417 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11419 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11420 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11421 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11422 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.
11424 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11425 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11426 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11427 from the list.
11429 @kindex ;
11430 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11431 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11432 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11433 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11435 @kindex ..
11436 @pindex calc-dots
11437 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11438 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11439 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11440 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11441 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11442 the @code{calc-dots} command.
11444 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11445 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11447 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11448 @section Variables
11450 @noindent
11451 @cindex Variables, in formulas
11452 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11453 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11454 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11455 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11456 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11457 (The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11458 @code{var-foo}, but unless you access the variable from within Emacs
11459 Lisp, you don't need to worry about it.  Variable names in algebraic
11460 formulas implicitly have @samp{var-} prefixed to their names.  The
11461 @samp{#} character in variable names used in algebraic formulas
11462 corresponds to a dash @samp{-} in the Lisp variable name.  If the name
11463 contains any dashes, the prefix @samp{var-} is @emph{not} automatically
11464 added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1} and @samp{var#foo + 1} both
11465 refer to the same variable.)
11467 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11468 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11469 convenience variables @code{q0} through @code{q9}.  For example,
11470 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{q2}, and
11471 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11472 @code{foo}.
11474 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11475 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11476 (@key{'}) key.
11478 @kindex =
11479 @pindex calc-evaluate
11480 @cindex Evaluation of variables in a formula
11481 @cindex Variables, evaluation
11482 @cindex Formulas, evaluation
11483 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11484 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11485 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11486 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11487 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11488 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11489 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11490 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11491 the @var{n}th stack entry.
11493 @cindex @code{e} variable
11494 @cindex @code{pi} variable
11495 @cindex @code{i} variable
11496 @cindex @code{phi} variable
11497 @cindex @code{gamma} variable
11498 @vindex e
11499 @vindex pi
11500 @vindex i
11501 @vindex phi
11502 @vindex gamma
11503 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11504 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11505 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11506 their values are calculated if necessary according to the current precision
11507 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11508 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.
11510 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11511 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11512 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11513 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11514 a value into any of these special variables.
11516 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11518 @node Formulas,  , Variables, Data Types
11519 @section Formulas
11521 @noindent
11522 @cindex Formulas
11523 @cindex Expressions
11524 @cindex Operators in formulas
11525 @cindex Precedence of operators
11526 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11527 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11528 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11529 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11530 Parentheses may
11531 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11532 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11533 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11534 with their equivalent function names, are:
11536 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11538 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11540 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x})
11541 and prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11543 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11544 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11546 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11547 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11549 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11551 @samp{*} [@code{mul}];
11553 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11554 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11556 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11558 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11560 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11561 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11563 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11565 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11567 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11569 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11571 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11573 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11575 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11577 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11579 @samp{=>} [@code{evalto}].
11581 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11582 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to 
11583 @texline @math{a b \over c d}.
11584 @infoline @expr{(a*b)/(c*d)}.
11586 @cindex Multiplication, implicit
11587 @cindex Implicit multiplication
11588 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11589 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11590 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11591 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11592 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11593 as in @samp{f(x)},
11594 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11595 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11596 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11597 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11598 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.
11600 @cindex Implicit comma in vectors
11601 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11602 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11603 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11604 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11605 to @samp{2*a*b + c*d}.
11606 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11607 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11608 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
11609 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
11610 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.
11612 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
11613 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
11614 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
11615 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
11616 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
11617 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
11618 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
11619 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
11620 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
11621 @w{@samp{[(a b)]}}.
11623 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
11624 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
11625 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
11626 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
11628 @cindex Function call notation
11629 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  (The Calc algebraic function
11630 @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp function @code{calcFunc-foo},
11631 but unless you access the function from within Emacs Lisp, you don't
11632 need to worry about it.)  Most mathematical Calculator commands like
11633 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
11634 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
11635 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
11636 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
11637 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
11638 single letters or single letters followed by digits are always safe to
11639 use for your own function names.  @xref{Function Index}.
11641 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
11642 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
11643 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
11644 represent the same operation.
11646 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
11647 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
11648 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{C-x * g}
11649 and @w{@kbd{C-x * r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
11650 ``paste'' mouse operation, and Embedded mode.  All of these operations
11651 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
11652 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
11654 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
11655 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
11656 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
11657 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
11659 @example
11660 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
11661   c + d,
11662   %% last line is coming up:
11663   e + f ]
11664 @end example
11666 @noindent
11667 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
11669 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
11670 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
11671 formats.
11673 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
11675 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
11676 @chapter Stack and Trail Commands
11678 @noindent
11679 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
11680 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
11681 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
11683 @menu
11684 * Stack Manipulation::
11685 * Editing Stack Entries::
11686 * Trail Commands::
11687 * Keep Arguments::
11688 @end menu
11690 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
11691 @section Stack Manipulation Commands
11693 @noindent
11694 @kindex @key{RET}
11695 @kindex @key{SPC}
11696 @pindex calc-enter
11697 @cindex Duplicating stack entries
11698 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
11699 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
11700 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
11701 several elements at the top of the stack.
11702 Given a negative argument,
11703 these commands duplicate the specified element of the stack.
11704 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
11705 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11706 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
11707 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
11708 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
11709 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.
11711 @kindex @key{LFD}
11712 @pindex calc-over
11713 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
11714 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
11715 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
11716 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
11717 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
11718 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
11719 @samp{10 20 30 20}.
11721 @kindex @key{DEL}
11722 @kindex C-d
11723 @pindex calc-pop
11724 @cindex Removing stack entries
11725 @cindex Deleting stack entries
11726 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
11727 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
11728 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
11729 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
11730 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
11731 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
11732 stack is emptied.
11733 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11734 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
11735 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
11736 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
11737 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.
11739 @kindex M-@key{DEL}
11740 @pindex calc-pop-above
11741 The @kbd{M-@key{DEL}} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
11742 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
11743 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
11744 Thus @kbd{M-@key{DEL}} by itself removes the second-from-top stack element,
11745 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-@key{DEL}} deletes
11746 the third stack element.
11748 @kindex @key{TAB}
11749 @pindex calc-roll-down
11750 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
11751 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
11752 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
11753 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
11754 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
11755 top-for-bottom.
11756 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11757 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
11758 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
11759 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
11760 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11762 @kindex M-@key{TAB}
11763 @pindex calc-roll-up
11764 The command @kbd{M-@key{TAB}} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
11765 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
11766 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
11767 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11768 @kbd{M-@key{TAB}} creates @samp{10 20 40 50 30},
11769 @kbd{C-u 4 M-@key{TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
11770 @kbd{C-u - 2 M-@key{TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
11771 @kbd{C-u 0 M-@key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11773 A good way to view the operation of @key{TAB} and @kbd{M-@key{TAB}} is in
11774 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
11775 With a positive argument @var{n}, @key{TAB} moves the top stack
11776 element down to level @var{n}, making room for it by pulling all the
11777 intervening stack elements toward the top.  @kbd{M-@key{TAB}} moves the
11778 element at level @var{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
11779 which copies instead of moving the element in level @var{n}.)
11781 With a negative argument @mathit{-@var{n}}, @key{TAB} rotates the stack
11782 to move the object in level @var{n} to the deepest place in the
11783 stack, and the object in level @mathit{@var{n}+1} to the top.  @kbd{M-@key{TAB}}
11784 rotates the deepest stack element to be in level @mathit{n}, also
11785 putting the top stack element in level @mathit{@var{n}+1}.
11787 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
11788 any portion of a vector or formula on the stack.
11790 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
11791 @section Editing Stack Entries
11793 @noindent
11794 @kindex `
11795 @pindex calc-edit
11796 @pindex calc-edit-finish
11797 @cindex Editing the stack with Emacs
11798 The backquote, @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary
11799 buffer (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using
11800 regular Emacs commands.  With a numeric prefix argument, it edits the
11801 specified number of stack entries at once.  (An argument of zero edits
11802 the entire stack; a negative argument edits one specific stack entry.)
11804 When you are done editing, press @kbd{C-c C-c} to finish and return
11805 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
11806 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
11807 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
11808 might want to insert new lines into the editing buffer.
11810 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
11811 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
11812 original stack elements in the original buffer with these new values,
11813 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
11814 continues to exist during editing, but for best results you should be
11815 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
11816 also cancel the edit by killing the buffer with @kbd{C-x k}.
11818 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
11819 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
11820 @kbd{C-c C-c} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
11821 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
11823 If you give a prefix argument to @kbd{C-c C-c},
11824 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
11825 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
11826 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
11827 @kbd{C-c C-c} operation will be programmed to replace the top of the
11828 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
11829 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
11830 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
11831 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
11833 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
11834 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
11835 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
11836 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
11837 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
11839 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
11840 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
11841 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
11843 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
11844 @section Trail Commands
11846 @noindent
11847 @cindex Trail buffer
11848 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
11849 beginning with the @kbd{t} prefix.
11851 @kindex t d
11852 @pindex calc-trail-display
11853 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
11854 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
11855 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
11856 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
11857 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
11858 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
11859 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
11860 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
11861 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
11863 @kindex t i
11864 @pindex calc-trail-in
11865 @kindex t o
11866 @pindex calc-trail-out
11867 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
11868 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
11869 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
11870 shown below are a more convenient way to move around in the
11871 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
11872 in the Calculator window.
11874 @cindex Trail pointer
11875 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
11876 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
11877 before the selected number.  The following commands operate on the
11878 trail pointer in various ways.
11880 @kindex t y
11881 @pindex calc-trail-yank
11882 @cindex Retrieving previous results
11883 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
11884 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
11885 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
11886 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
11887 trail pointer.
11889 @kindex t <
11890 @pindex calc-trail-scroll-left
11891 @kindex t >
11892 @pindex calc-trail-scroll-right
11893 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
11894 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
11895 window left or right by one half of its width.
11897 @kindex t n
11898 @pindex calc-trail-next
11899 @kindex t p
11900 @pindex calc-trail-previous
11901 @kindex t f
11902 @pindex calc-trail-forward
11903 @kindex t b
11904 @pindex calc-trail-backward
11905 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
11906 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
11907 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
11908 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
11909 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
11910 arguments to move several lines or screenfuls at a time.
11912 @kindex t [
11913 @pindex calc-trail-first
11914 @kindex t ]
11915 @pindex calc-trail-last
11916 @kindex t h
11917 @pindex calc-trail-here
11918 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
11919 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
11920 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
11921 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
11922 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.
11924 @kindex t s
11925 @pindex calc-trail-isearch-forward
11926 @kindex t r
11927 @pindex calc-trail-isearch-backward
11928 @ifnottex
11929 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
11930 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
11931 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
11932 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
11933 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
11934 it was when the search began.
11935 @end ifnottex
11936 @tex
11937 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
11938 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
11939 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
11940 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
11941 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
11942 it was when the search began.
11943 @end tex
11945 @kindex t m
11946 @pindex calc-trail-marker
11947 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
11948 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
11949 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
11950 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
11951 targets for later incremental searches in the trail.
11953 @kindex t k
11954 @pindex calc-trail-kill
11955 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
11956 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
11957 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
11958 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
11959 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
11961 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
11962 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
11964 @node Keep Arguments,  , Trail Commands, Stack and Trail
11965 @section Keep Arguments
11967 @noindent
11968 @kindex K
11969 @pindex calc-keep-args
11970 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
11971 the following command.  It prevents that command from removing its
11972 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
11973 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
11974 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
11976 With the exception of keyboard macros, this works for all commands that
11977 take arguments off the stack. (To avoid potentially unpleasant behavior,
11978 a @kbd{K} prefix before a keyboard macro will be ignored.  A @kbd{K}
11979 prefix called @emph{within} the keyboard macro will still take effect.)  
11980 As another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
11981 simplified version of the formula onto the stack after the original
11982 formula (rather than replacing the original formula).  Note that you
11983 could get the same effect by typing @kbd{@key{RET} a s}, copying the
11984 formula and then simplifying the copy. One difference is that for a very
11985 large formula the time taken to format the intermediate copy in
11986 @kbd{@key{RET} a s} could be noticeable; @kbd{K a s} would avoid this
11987 extra work. 
11989 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
11990 popping two values and pushing them back in the opposite order,
11991 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
11993 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
11994 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
11995 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
11996 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
11997 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
11998 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12000 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12001 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12002 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12003 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12004 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12005 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12007 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12008 @chapter Mode Settings
12010 @noindent
12011 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12012 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12013 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12015 @menu
12016 * General Mode Commands::
12017 * Precision::
12018 * Inverse and Hyperbolic::
12019 * Calculation Modes::
12020 * Simplification Modes::
12021 * Declarations::
12022 * Display Modes::
12023 * Language Modes::
12024 * Modes Variable::
12025 * Calc Mode Line::
12026 @end menu
12028 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12029 @section General Mode Commands
12031 @noindent
12032 @kindex m m
12033 @pindex calc-save-modes
12034 @cindex Continuous memory
12035 @cindex Saving mode settings
12036 @cindex Permanent mode settings
12037 @cindex Calc init file, mode settings
12038 You can save all of the current mode settings in your Calc init file 
12039 (the file given by the variable @code{calc-settings-file}, typically
12040 @file{~/.calc.el}) with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.
12041 This will cause Emacs to reestablish these modes each time it starts up.
12042 The modes saved in the file include everything controlled by the @kbd{m}
12043 and @kbd{d} prefix keys, the current precision and binary word size,
12044 whether or not the trail is displayed, the current height of the Calc
12045 window, and more.  The current interface (used when you type @kbd{C-x * *}) 
12046 is also saved.  If there were already saved mode settings in the
12047 file, they are replaced.  Otherwise, the new mode information is
12048 appended to the end of the file.
12050 @kindex m R
12051 @pindex calc-mode-record-mode
12052 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12053 record all the mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12054 time a mode setting changes.  If the modes are saved this way, then this
12055 ``automatic mode recording'' mode is also saved.
12056 Type @kbd{m R} again to disable this method of recording the mode
12057 settings.  To turn it off permanently, the @kbd{m m} command will also be
12058 necessary.   (If Embedded mode is enabled, other options for recording
12059 the modes are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
12061 @kindex m F
12062 @pindex calc-settings-file-name
12063 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12064 choose a different file than the current value of @code{calc-settings-file}
12065 for @kbd{m m}, @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12066 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12067 their default values, then settings from the file you named are loaded
12068 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12069 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12070 file name is @file{~/.calc.el}.  You can see the current file name by
12071 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12072 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Customizing Calc}.
12074 If the file name you give is your user init file (typically
12075 @file{~/.emacs}), @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12076 is because your user init file may contain other things you don't want
12077 to reread.  You can give 
12078 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12079 file no matter what.  Conversely, an argument of @mathit{-1} tells
12080 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @mathit{-2}
12081 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12082 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12083 modes present in the file you were using before.
12085 @kindex m x
12086 @pindex calc-always-load-extensions
12087 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12088 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12089 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12090 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12091 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12092 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12093 once, rather than always in the future, you can press @kbd{C-x * L}.
12095 @kindex m S
12096 @pindex calc-shift-prefix
12097 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12098 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12099 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12100 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12101 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12102 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12103 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12104 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12105 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12106 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12107 shifted-prefix mode.
12109 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12110 @section Precision
12112 @noindent
12113 @kindex p
12114 @pindex calc-precision
12115 @cindex Precision of calculations
12116 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12117 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12118 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12119 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12120 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12122 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12123 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12125 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12126 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12127 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12128 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12129 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12130 round values already on the stack, but those values will be rounded
12131 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12132 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12133 existing value to a new precision.
12135 @cindex Accuracy of calculations
12136 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12137 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12138 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12139 The precision is the total number of digits not counting leading
12140 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12141 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12142 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12143 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12144 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12145 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12146 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12147 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12149 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12150 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12151 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12152 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12153 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12154 of the numbers involved.
12156 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12157 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12158 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12159 divided by 6 would be entered @kbd{899 @key{RET} 6 /}, yielding 149.833
12160 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12161 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12163 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12164 issues.
12166 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12167 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12169 @noindent
12170 @kindex I
12171 @pindex calc-inverse
12172 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12173 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12174 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12175 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12176 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.
12178 @kindex H
12179 @pindex calc-hyperbolic
12180 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12181 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12182 If both of these flags are set at once, the effect will be
12183 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12184 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12185 instead of base-@mathit{e}, logarithm.)
12187 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12188 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12189 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12190 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12192 The Inverse and Hyperbolic flags apply only to the next Calculator
12193 command, after which they are automatically cleared.  (They are also
12194 cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits you
12195 type after @kbd{I} or @kbd{H} (or @kbd{K}) are treated as prefix
12196 arguments for the next command, not as numeric entries.  The same
12197 is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means to
12198 subtract and keep arguments).
12200 The third Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12201 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12203 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12204 @section Calculation Modes
12206 @noindent
12207 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12208 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12209 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12210 (@pxref{Algebraic Entry}).
12212 @menu
12213 * Angular Modes::
12214 * Polar Mode::
12215 * Fraction Mode::
12216 * Infinite Mode::
12217 * Symbolic Mode::
12218 * Matrix Mode::
12219 * Automatic Recomputation::
12220 * Working Message::
12221 @end menu
12223 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12224 @subsection Angular Modes
12226 @noindent
12227 @cindex Angular mode
12228 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12229 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12230 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12231 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12232 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12233 degrees-minutes-seconds.
12235 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12236 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12237 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12238 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12239 normally be done in Radians mode, though.  Complex numbers are converted
12240 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12241 multiplying by 180 over @cpi{}.)
12243 @kindex m r
12244 @pindex calc-radians-mode
12245 @kindex m d
12246 @pindex calc-degrees-mode
12247 @kindex m h
12248 @pindex calc-hms-mode
12249 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12250 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12251 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12252 The default angular mode is Degrees.
12254 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12255 @subsection Polar Mode
12257 @noindent
12258 @cindex Polar mode
12259 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12260 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12261 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12262 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12263 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12265 @kindex m p
12266 @pindex calc-polar-mode
12267 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12268 preference between rectangular and polar forms.  In Polar mode, all
12269 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12271 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12272 @subsection Fraction Mode
12274 @noindent
12275 @cindex Fraction mode
12276 @cindex Division of integers
12277 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12278 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12279 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12280 to use the @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command, which
12281 divides the two integers on the top of the stack to produce a fraction:
12282 @kbd{6 @key{RET} 4 :} produces @expr{3:2} even though 
12283 @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @expr{1.5}.
12285 @kindex m f
12286 @pindex calc-frac-mode
12287 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12288 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12289 For example, @expr{8/4} produces @expr{2} in either mode,
12290 but @expr{6/4} produces @expr{3:2} in Fraction mode, @expr{1.5} in
12291 Float mode.
12293 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12294 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12295 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12297 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12298 @subsection Infinite Mode
12300 @noindent
12301 @cindex Infinite mode
12302 The Calculator normally treats results like @expr{1 / 0} as errors;
12303 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12304 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12305 results.
12307 @kindex m i
12308 @pindex calc-infinite-mode
12309 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12310 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12311 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12312 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12313 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12314 will not be generated when Infinite mode is off.)
12316 With Infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12317 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12318 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @expr{0 / 0}
12319 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12320 functions can also return infinities in this mode; for example,
12321 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12322 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of Infinite mode because
12323 this calculation has infinity as an input.
12325 @cindex Positive Infinite mode
12326 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12327 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a Positive Infinite mode in
12328 which zero is treated as positive instead of being directionless.
12329 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12330 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12331 separate representations for @mathit{+0} and @mathit{-0}.  Positive
12332 Infinite mode merely changes the interpretation given to the
12333 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12334 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12335 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12337 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12338 @subsection Symbolic Mode
12340 @noindent
12341 @cindex Symbolic mode
12342 @cindex Inexact results
12343 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12344 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12345 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12346 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12347 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12349 @kindex m s
12350 @pindex calc-symbolic-mode
12351 In @dfn{Symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12352 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12353 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12354 @samp{sqrt(2)}.
12356 @kindex N
12357 @pindex calc-eval-num
12358 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12359 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12360 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12361 Given a numeric prefix argument, it also
12362 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12363 of the command.
12365 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12366 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12367 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12368 variables.)
12370 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12371 @subsection Matrix and Scalar Modes
12373 @noindent
12374 @cindex Matrix mode
12375 @cindex Scalar mode
12376 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12377 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12378 Calc has two modes, @dfn{Matrix mode} and @dfn{Scalar mode}, which
12379 modify its behavior around vectors in useful ways.
12381 @kindex m v
12382 @pindex calc-matrix-mode
12383 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter Matrix mode.
12384 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12385 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12386 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12387 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12388 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12389 mode is that calculations that would normally produce constants like
12390 0 and 1 (e.g., @expr{a - a} and @expr{a / a}, respectively) will now
12391 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12392 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12393 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12394 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12395 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12396 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12397 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12398 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12399 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12400 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12402 Press @kbd{m v} a second time to get Scalar mode.  Here, objects are
12403 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12404 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12405 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12406 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12407 another 3-vector.  In Scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12408 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12410 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12412 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12413 get a special ``dimensioned'' Matrix mode in which matrices of
12414 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12415 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12416 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.  Simply typing
12417 @kbd{C-u m v} will get you a square Matrix mode, in which matrices of
12418 unknown size are assumed to be square matrices of unspecified size.
12420 @cindex Declaring scalar variables
12421 Of course these modes are approximations to the true state of
12422 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12423 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12424 certain variables or functions to be scalar-valued.
12425 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12427 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12428 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12429 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12430 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12431 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12432 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12433 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12435 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12436 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use Matrix mode when operating on
12437 your formula normally; then, to apply Scalar mode to a certain part
12438 of the formula without affecting the rest just select that part,
12439 change into Scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12440 under this mode, then change back to Matrix mode before deselecting.
12442 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12443 @subsection Automatic Recomputation
12445 @noindent
12446 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12447 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12448 whenever variable values or mode settings that might affect them
12449 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12451 @kindex m C
12452 @pindex calc-auto-recompute
12453 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12454 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12455 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12456 attached Embedded mode buffer, if there is one).  They will not
12457 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12458 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12459 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12460 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12462 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12463 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{C-x * u}}.
12464 @xref{Embedded Mode}.
12466 @node Working Message,  , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12467 @subsection Working Messages
12469 @noindent
12470 @cindex Performance
12471 @cindex Working messages
12472 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12473 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12474 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12475 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12476 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12477 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12478 be disabled if you find them distracting.
12480 @kindex m w
12481 @pindex calc-working
12482 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12483 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12484 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12485 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12486 the current mode.
12488 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12489 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12490 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12491 to turn the messages off.
12493 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12494 @section Simplification Modes
12496 @noindent
12497 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12498 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12499 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12500 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12501 form.  Others, such as simplifying a formula like @expr{a+a} (or @expr{2+3}),
12502 are done by default but can be turned off when necessary.
12504 When you press a key like @kbd{+} when @expr{2} and @expr{3} are on the
12505 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12506 @expr{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12507 rules for normalizing @expr{2+3} will produce the result @expr{5}.
12509 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12510 followed by a shifted letter.
12512 @kindex m O
12513 @pindex calc-no-simplify-mode
12514 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12515 simplifications.  These would leave a formula like @expr{2+3} alone.  In
12516 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12517 in this mode.
12519 @kindex m N
12520 @pindex calc-num-simplify-mode
12521 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12522 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12523 example, @expr{1+2} is simplified to @expr{3}, and @expr{a+(2-2)} is
12524 simplified to @expr{a+0} but no further, since one argument of the sum
12525 is not a constant.  Unfortunately, @expr{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12526 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12527 constant numbers (one of them is the formula @expr{a+2}).
12528 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12529 error form or modulo form), or a vector all of whose
12530 elements are constant.
12532 @kindex m D
12533 @pindex calc-default-simplify-mode
12534 The @kbd{m D} (@code{calc-default-simplify-mode}) command restores the
12535 default simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12536 fast algebraic simplifications such as @expr{a+0} to @expr{a}, and
12537 @expr{a + 2 a} to @expr{3 a}, as well as evaluating functions like
12538 @expr{@tfn{deriv}(x^2, x)} to @expr{2 x}.
12540 @kindex m B
12541 @pindex calc-bin-simplify-mode
12542 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the default
12543 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12544 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12545 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12546 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12547 results (after the default simplifications) are left alone.
12549 @kindex m A
12550 @pindex calc-alg-simplify-mode
12551 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does algebraic
12552 simplification; it applies all the default simplifications, and also
12553 the more powerful (and slower) simplifications made by @kbd{a s}
12554 (@code{calc-simplify}).  @xref{Algebraic Simplifications}.
12556 @kindex m E
12557 @pindex calc-ext-simplify-mode
12558 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended''
12559 algebraic simplification, as by the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended})
12560 command.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12562 @kindex m U
12563 @pindex calc-units-simplify-mode
12564 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12565 simplification; it applies the command @kbd{u s}
12566 (@code{calc-simplify-units}), which in turn
12567 is a superset of @kbd{a s}.  In this mode, variable names which
12568 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12569 are simplified with their unit definitions in mind.
12571 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12572 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12573 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12574 perform higher types of simplifications on demand.  @xref{Algebraic
12575 Definitions}, for another sample use of No-Simplification mode.
12577 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12578 @section Declarations
12580 @noindent
12581 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12582 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12583 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12584 take the fully general situation into account.
12586 @menu
12587 * Declaration Basics::
12588 * Kinds of Declarations::
12589 * Functions for Declarations::
12590 @end menu
12592 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12593 @subsection Declaration Basics
12595 @noindent
12596 @kindex s d
12597 @pindex calc-declare-variable
12598 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12599 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12600 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12601 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12602 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12603 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12604 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12606 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12607 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12608 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
12609 For example, @kbd{s d foo @key{RET} real @key{RET}} declares @code{foo} to
12610 be a real number, and @kbd{s d bar @key{RET} [int, const, [1..6]] @key{RET}}
12611 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
12612 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
12613 provide them for you: @kbd{s d bar @key{RET} int, const, [1..6] @key{RET}}.)
12615 @cindex @code{Decls} variable
12616 @vindex Decls
12617 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
12618 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
12619 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
12620 vector of variables declared by that row, and the declaration
12621 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
12622 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
12623 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
12624 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
12625 permanently if you wish.
12627 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
12628 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
12629 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
12630 command declares only variables, so if you wish to make a function
12631 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
12633 For example, the declaration matrix
12635 @smallexample
12636 @group
12637 [ [ foo,       real       ]
12638   [ [j, k, n], int        ]
12639   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
12640 @end group
12641 @end smallexample
12643 @noindent
12644 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
12645 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
12646 returns a real number in the interval shown.
12648 @vindex All
12649 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
12650 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
12651 It does not apply to function names.  For example, using the row
12652 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
12653 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
12654 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
12655 response to the variable-name prompt.
12657 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
12658 @subsection Kinds of Declarations
12660 @noindent
12661 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
12662 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
12663 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
12664 more intervals or numbers that represent the set of possible values
12665 for the variable.
12667 @smallexample
12668 @group
12669 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
12670   [ b, [1 .. 5]        ]
12671   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
12672 @end group
12673 @end smallexample
12675 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
12676 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
12677 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
12678 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
12679 nearly equivalent (see below).
12681 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
12682 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
12683 as not declaring the variable at all except that it overrides any
12684 @code{All} declaration which would otherwise apply.
12686 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
12687 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
12688 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
12689 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
12690 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
12691 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
12693 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
12694 stored in a variable:
12696 @table @code
12697 @item int
12698 Integers.
12699 @item numint
12700 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
12701 @item frac
12702 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
12703 @item rat
12704 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
12705 @item float
12706 Floating-point numbers.
12707 @item real
12708 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
12709 intervals and error forms with real components also count as
12710 reals here.)
12711 @item pos
12712 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
12713 @item nonneg
12714 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
12715 @item number
12716 Numbers.  (Real or complex.)
12717 @end table
12719 Calc uses this information to determine when certain simplifications
12720 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
12721 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
12722 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @mathit{-3}.
12723 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
12724 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
12725 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
12726 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
12727 of the formula.
12729 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
12730 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
12731 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
12732 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
12733 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
12734 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
12736 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
12737 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
12738 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
12739 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
12740 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
12742 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
12743 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
12744 Calc leaves this formula alone.  After the command
12745 @kbd{s d x @key{RET} real @key{RET}}, however, it can simplify the formula to
12746 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x @key{RET} nonneg @key{RET}}, Calc can
12747 simplify this formula all the way to @samp{x}.
12749 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
12750 they comprise the set of possible values that the variable or
12751 function being declared can have.  In particular, the type symbol
12752 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
12753 (note that infinity is included in the range of possible values);
12754 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
12755 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
12756 redundant because the fact that the variable is real can be
12757 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
12758 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
12760 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
12761 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
12763 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
12764 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
12765 In other words, the range of possible values means only that
12766 the variable's value must be numerically equal to a number in
12767 that range, but not that it must be equal in type as well.
12768 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
12769 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
12771 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
12772 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
12773 where the interval does not lie in the range described by the
12774 type symbol.
12776 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
12777 like the one described above.  Another case where they are used
12778 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
12779 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
12780 roots (if any) will be included in the list.
12782 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
12783 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
12784 shown above).
12786 Another command that makes use of declarations is @kbd{a s}, when
12787 simplifying equations and inequalities.  It will cancel @code{x}
12788 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
12789 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
12790 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
12791 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
12792 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
12793 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
12794 including cancelling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
12795 not known to be nonzero.
12797 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
12799 @table @code
12800 @item scalar
12801 The value is not a vector.
12802 @item vector
12803 The value is a vector.
12804 @item matrix
12805 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
12806 @item sqmatrix
12807 The value is a square matrix.
12808 @end table
12810 These type symbols can be combined with the other type symbols
12811 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
12812 is a matrix of integers.
12814 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
12815 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
12816 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
12817 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
12818 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
12819 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
12820 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
12821 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
12822 declarations.)
12824 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of Matrix mode and
12825 Scalar mode, which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
12826 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
12828 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
12829 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
12831 @table @code
12832 @item const
12833 The value is a constant with respect to other variables.
12834 @end table
12836 Calc does not check the declarations for a variable when you store
12837 a value in it.  However, storing @mathit{-3.5} in a variable that has
12838 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
12839 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @expr{3.5}
12840 if it substitutes the value first, or to @expr{-3.5} if @code{x}
12841 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
12842 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
12843 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
12844 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
12845 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
12847 @node Functions for Declarations,  , Kinds of Declarations, Declarations
12848 @subsection Functions for Declarations
12850 @noindent
12851 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
12852 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
12853 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
12854 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
12855 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
12856 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
12857 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
12858 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
12859 that perform other tests not related to declarations.
12861 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
12862 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
12863 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
12864 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
12865 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
12867 @ignore
12868 @starindex
12869 @end ignore
12870 @tindex dint
12871 @ignore
12872 @starindex
12873 @end ignore
12874 @tindex dnumint
12875 @ignore
12876 @starindex
12877 @end ignore
12878 @tindex dnatnum
12879 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
12880 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
12881 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
12882 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
12883 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
12884 data type functions also accept vectors or matrices composed of
12885 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
12886 are considered to be integers for the purposes of these functions.
12888 @ignore
12889 @starindex
12890 @end ignore
12891 @tindex drat
12892 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
12893 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
12894 and error forms do not.
12896 @ignore
12897 @starindex
12898 @end ignore
12899 @tindex dreal
12900 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
12901 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
12903 @ignore
12904 @starindex
12905 @end ignore
12906 @tindex dimag
12907 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
12908 i.e., is mathematically equal to a real number times @expr{i}.
12910 @ignore
12911 @starindex
12912 @end ignore
12913 @tindex dpos
12914 @ignore
12915 @starindex
12916 @end ignore
12917 @tindex dneg
12918 @ignore
12919 @starindex
12920 @end ignore
12921 @tindex dnonneg
12922 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
12923 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
12924 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
12925 equal to zero.  Note that the @kbd{a s} command can simplify an
12926 expression like @expr{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}, and that
12927 @kbd{a s} is effectively applied to all conditions in rewrite rules,
12928 so the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
12929 are rarely necessary.
12931 @ignore
12932 @starindex
12933 @end ignore
12934 @tindex dnonzero
12935 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
12936 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
12937 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
12938 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
12939 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
12940 represent values which could be anything including zero.  (This is
12941 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
12943 @ignore
12944 @starindex
12945 @end ignore
12946 @tindex deven
12947 @ignore
12948 @starindex
12949 @end ignore
12950 @tindex dodd
12951 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
12952 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
12953 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
12954 The @kbd{a s} command uses this to simplify a test of the form
12955 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
12957 @ignore
12958 @starindex
12959 @end ignore
12960 @tindex drange
12961 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
12962 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
12963 the set of possible values of its argument.  If the argument is
12964 a variable or a function with a declaration, the range is copied
12965 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
12966 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
12967 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
12968 the expression is not provably real, the @code{drange} function
12969 remains unevaluated.
12971 @ignore
12972 @starindex
12973 @end ignore
12974 @tindex dscalar
12975 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
12976 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
12977 unevaluated if this cannot be determined.  (If Matrix mode or Scalar
12978 mode is in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
12979 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
12980 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
12981 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
12982 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
12983 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
12984 information to tell.
12986 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
12987 @section Display Modes
12989 @noindent
12990 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
12991 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
12992 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
12993 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
12994 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
12995 @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12997 One thing all display modes have in common is their treatment of the
12998 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
12999 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13000 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13001 reflect the latest mode settings.
13003 @kindex d @key{RET}
13004 @pindex calc-refresh-top
13005 The @kbd{d @key{RET}} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13006 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13007 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13008 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13009 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13010 For example, @kbd{H d s M-2 d @key{RET}} changes to scientific notation
13011 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13013 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13014 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13015 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13016 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d @key{RET} H d (@var{old mode})}.
13018 @menu
13019 * Radix Modes::
13020 * Grouping Digits::
13021 * Float Formats::
13022 * Complex Formats::
13023 * Fraction Formats::
13024 * HMS Formats::
13025 * Date Formats::
13026 * Truncating the Stack::
13027 * Justification::
13028 * Labels::
13029 @end menu
13031 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13032 @subsection Radix Modes
13034 @noindent
13035 @cindex Radix display
13036 @cindex Non-decimal numbers
13037 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13038 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13039 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13040 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13041 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13042 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13044 @kindex d 2
13045 @kindex d 8
13046 @kindex d 6
13047 @kindex d 0
13048 @cindex Hexadecimal integers
13049 @cindex Octal integers
13050 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13051 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13052 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13053 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13054 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13055 as decimal.
13057 @kindex d r
13058 @pindex calc-radix
13059 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13060 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13061 argument; otherwise you will be prompted for it.
13063 @kindex d z
13064 @pindex calc-leading-zeros
13065 @cindex Leading zeros
13066 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13067 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13068 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13069 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13070 word size.)  If the absolute value of the word size is @expr{w}, all integers
13071 are displayed with at least enough digits to represent 
13072 @texline @math{2^w-1}
13073 @infoline @expr{(2^w)-1} 
13074 in the current radix.  (Larger integers will still be displayed in their
13075 entirety.) 
13077 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13078 @subsection Grouping Digits
13080 @noindent
13081 @kindex d g
13082 @pindex calc-group-digits
13083 @cindex Grouping digits
13084 @cindex Digit grouping
13085 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13086 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13087 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{Grouping} mode, in which digits
13088 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13089 separated by commas.
13091 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13092 With a numeric prefix of 0, this command displays the current state of
13093 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13094 with a positive argument @expr{N} it enables grouping on every @expr{N}
13095 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13096 before the decimal point.  A negative prefix argument @expr{-N} enables
13097 grouping every @expr{N} digits both before and after the decimal point.
13099 @kindex d ,
13100 @pindex calc-group-char
13101 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13102 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13103 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13104 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13105 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13106 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13107 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13109 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13110 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{C-x * y} and @kbd{C-x * g}.
13111 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13112 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13113 is ignored by @TeX{} language mode.
13115 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13116 @subsection Float Formats
13118 @noindent
13119 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13120 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13121 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13122 in this section allow you to choose among several alternative display
13123 formats for floats.
13125 @kindex d n
13126 @pindex calc-normal-notation
13127 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13128 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13129 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13130 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13131 the specified number of significant digits less than the current
13132 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13133 current precision is 12.)
13135 @kindex d f
13136 @pindex calc-fix-notation
13137 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13138 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13139 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13140 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13141 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13142 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13143 to zero rather than switching to scientific notation.
13145 @kindex d s
13146 @pindex calc-sci-notation
13147 @cindex Scientific notation, display of
13148 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13149 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13150 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13151 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13152 The default is to display all significant digits.
13154 @kindex d e
13155 @pindex calc-eng-notation
13156 @cindex Engineering notation, display of
13157 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13158 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13159 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13160 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13161 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13163 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13164 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13165 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13166 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13167 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13168 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13169 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13170 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{C-x * y} which operate on the
13171 actual displayed text in the Calculator buffer.
13173 @kindex d .
13174 @pindex calc-point-char
13175 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13176 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13177 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13178 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13179 numbers, and commas to separate elements in a list.
13181 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13182 @subsection Complex Formats
13184 @noindent
13185 @kindex d c
13186 @pindex calc-complex-notation
13187 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13188 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13189 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13190 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.
13192 @kindex d i
13193 @pindex calc-i-notation
13194 @kindex d j
13195 @pindex calc-j-notation
13196 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13197 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13198 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13199 in some disciplines.
13201 @cindex @code{i} variable
13202 @vindex i
13203 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13204 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13205 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13206 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13207 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13208 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13209 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13210 @xref{Variables}, under ``special constants.''
13212 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13213 @subsection Fraction Formats
13215 @noindent
13216 @kindex d o
13217 @pindex calc-over-notation
13218 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13219 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13220 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13221 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13222 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13223 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13224 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13225 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13227 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13228 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13229 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13230 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13231 and @kbd{8:3} are equivalent).
13233 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13234 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13235 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13236 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13237 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13238 the fraction @expr{1:6} will be unaffected, but @expr{2:3} will be
13239 displayed as @expr{4:6}, @expr{1:2} will be displayed as @expr{3:6},
13240 and @expr{1:8} will be displayed as @expr{3:24}.  Integers are also
13241 affected by this mode:  3 is displayed as @expr{18:6}.  Note that the
13242 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13243 integers as @expr{n:1}.
13245 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13246 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13247 never affects floats.
13249 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13250 @subsection HMS Formats
13252 @noindent
13253 @kindex d h
13254 @pindex calc-hms-notation
13255 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13256 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13257 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13258 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13259 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13260 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13261 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13263 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13264 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13265 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13266 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13267 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13268 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13269 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13270 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13271 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13272 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13273 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13274 entry.
13276 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13277 @subsection Date Formats
13279 @noindent
13280 @kindex d d
13281 @pindex calc-date-notation
13282 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13283 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13284 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13285 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13286 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13287 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13288 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13289 pure dates.
13291 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13292 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13293 If you enter a blank format string, this default format is
13294 reestablished.
13296 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13297 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13298 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13300 @menu
13301 * Date Formatting Codes::
13302 * Free-Form Dates::
13303 * Standard Date Formats::
13304 @end menu
13306 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13307 @subsubsection Date Formatting Codes
13309 @noindent
13310 When displaying a date, the current date format is used.  All
13311 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13312 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13313 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13314 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13315 below.
13317 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13318 match the input string to the current format either with or without
13319 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13320 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13321 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13322 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13323 since Jan 1, 1 AD.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13324 flexible algorithm which is described in the next section.
13326 Weekday names are ignored during reading.
13328 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13329 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13330 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13331 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13332 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13334 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13336 @table @asis
13337 @item Y
13338 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13339 @item YY
13340 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13341 @item BY
13342 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13343 @item YYY
13344 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13345 @item YYYY
13346 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13347 @item aa
13348 Year:  ``ad'' or blank.
13349 @item AA
13350 Year:  ``AD'' or blank.
13351 @item aaa
13352 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13353 @item AAA
13354 Year:  ``AD '' or blank.
13355 @item aaaa
13356 Year:  ``a.d.'' or blank.
13357 @item AAAA
13358 Year:  ``A.D.'' or blank.
13359 @item bb
13360 Year:  ``bc'' or blank.
13361 @item BB
13362 Year:  ``BC'' or blank.
13363 @item bbb
13364 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13365 @item BBB
13366 Year:  `` BC'' or blank.
13367 @item bbbb
13368 Year:  ``b.c.'' or blank.
13369 @item BBBB
13370 Year:  ``B.C.'' or blank.
13371 @item M
13372 Month:  ``8'' for August.
13373 @item MM
13374 Month:  ``08'' for August.
13375 @item BM
13376 Month:  `` 8'' for August.
13377 @item MMM
13378 Month:  ``AUG'' for August.
13379 @item Mmm
13380 Month:  ``Aug'' for August.
13381 @item mmm
13382 Month:  ``aug'' for August.
13383 @item MMMM
13384 Month:  ``AUGUST'' for August.
13385 @item Mmmm
13386 Month:  ``August'' for August.
13387 @item D
13388 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13389 @item DD
13390 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13391 @item BD
13392 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13393 @item W
13394 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13395 @item WWW
13396 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13397 @item Www
13398 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13399 @item www
13400 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13401 @item WWWW
13402 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13403 @item Wwww
13404 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13405 @item d
13406 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13407 @item ddd
13408 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13409 @item bdd
13410 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13411 @item h
13412 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13413 @item hh
13414 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13415 @item bh
13416 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13417 @item H
13418 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13419 @item HH
13420 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13421 @item BH
13422 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13423 @item p
13424 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13425 @item P
13426 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13427 @item pp
13428 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13429 @item PP
13430 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13431 @item pppp
13432 AM/PM:  ``a.m.'' or ``p.m.''.
13433 @item PPPP
13434 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13435 @item m
13436 Minutes:  ``7'' for 7.
13437 @item mm
13438 Minutes:  ``07'' for 7.
13439 @item bm
13440 Minutes:  `` 7'' for 7.
13441 @item s
13442 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13443 @item ss
13444 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13445 @item bs
13446 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13447 @item SS
13448 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13449 @item BS
13450 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13451 @item N
13452 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13453 @item n
13454 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13455 @item J
13456 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13457 @item j
13458 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13459 @item U
13460 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13461 @item X
13462 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13463 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13464 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13465 required for algebraic entry.
13466 @end table
13468 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13469 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13471 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13472 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13473 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13474 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13475 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13477 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13478 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13479 reading unless several of these codes are strung together with no
13480 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13481 many digits as there are letters in the format.
13483 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13484 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13485 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13487 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13488 @subsubsection Free-Form Dates
13490 @noindent
13491 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13492 on the algorithm described here if the input does not exactly
13493 match the current date format.  This algorithm generally
13494 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13495 but it is described here in full detail for the curious.
13497 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13498 while interpreting dates.
13500 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13501 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13502 the date.
13504 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13505 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13506 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13507 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13508 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13509 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13510 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13511 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13512 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13513 recognized with no number attached.
13515 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13516 format.
13518 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13519 from the string; other characters are ignored.  All words must
13520 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13521 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13522 abbreviations.
13524 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13525 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13526 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13527 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13528 assumes the month, day and year are in the same order that they
13529 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13530 current year is taken from the system clock.
13532 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13533 words, then the input is rejected.
13535 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13536 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13537 like Julian dates that were included along with the traditional
13538 date components when the date was formatted.
13540 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13541 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13542 minus sign on the year value.
13544 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13545 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13547 @node Standard Date Formats,  , Free-Form Dates, Date Formats
13548 @subsubsection Standard Date Formats
13550 @noindent
13551 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13552 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13553 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13554 to select the other formats.
13556 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13557 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13558 enter will be recorded as the new standard format of that
13559 number, as well as becoming the new current date format.
13560 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13561 command (@pxref{Mode Settings}).
13563 @table @asis
13564 @item 0
13565 @samp{N}  (Numerical format)
13566 @item 1
13567 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13568 @item 2
13569 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13570 @item 3
13571 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13572 @item 4
13573 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13574 @item 5
13575 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13576 @item 6
13577 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13578 @item 7
13579 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13580 @item 8
13581 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13582 @item 9
13583 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13584 @end table
13586 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13587 @subsection Truncating the Stack
13589 @noindent
13590 @kindex d t
13591 @pindex calc-truncate-stack
13592 @cindex Truncating the stack
13593 @cindex Narrowing the stack
13594 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13595 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13596 The number right above that line is considered to the be at the top of
13597 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13598 operations (although still visible to the user).  This is similar to the
13599 Emacs ``narrowing'' feature, except that the values below the @samp{.}
13600 are @emph{visible}, just temporarily frozen.  This feature allows you to
13601 keep several independent calculations running at once in different parts
13602 of the stack, or to apply a certain command to an element buried deep in
13603 the stack.
13605 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13606 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13607 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13608 With a positive numeric prefix argument @expr{n}, @kbd{d t} hides the
13609 bottom @expr{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
13610 all but the top @expr{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
13611 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.
13613 @kindex d [
13614 @pindex calc-truncate-up
13615 @kindex d ]
13616 @pindex calc-truncate-down
13617 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
13618 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
13619 line at a time (or several lines with a prefix argument).
13621 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
13622 @subsection Justification
13624 @noindent
13625 @kindex d <
13626 @pindex calc-left-justify
13627 @kindex d =
13628 @pindex calc-center-justify
13629 @kindex d >
13630 @pindex calc-right-justify
13631 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
13632 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
13633 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
13634 (@code{calc-center-justify}).  For example, in Right-Justification mode,
13635 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
13636 window.
13638 If you change the width of the Calculator window you may have to type
13639 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
13640 text.
13642 Right-justification is especially useful together with fixed-point
13643 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
13644 together, the decimal points on numbers will always line up.
13646 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
13647 a little extra control over the display.  The argument specifies the
13648 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
13649 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
13650 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
13651 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
13652 origin and line width is slightly different in each justification
13653 mode.
13655 In Left-Justified mode, the line is indented by a number of spaces
13656 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
13657 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
13658 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
13659 line is indented to the origin.
13661 In Right-Justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
13662 character is just before the origin, or just before the current
13663 window width if no origin was specified.  If the line is too long
13664 for this, then it is broken; the current line width is used, if
13665 specified, or else the origin is used as a width if that is
13666 specified, or else the line is broken to fit in the window.
13668 In Centering mode, the origin is the column number of the center of
13669 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
13670 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
13671 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
13672 line width or Calc window width is used.
13674 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
13675 is indented an additional four spaces to make room for the line
13676 number.  The width of the line number is taken into account when
13677 positioning according to the current Calc window width, but not
13678 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
13679 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
13680 shifted over four spaces to fit the line numbers.
13682 @node Labels,  , Justification, Display Modes
13683 @subsection Labels
13685 @noindent
13686 @kindex d @{
13687 @pindex calc-left-label
13688 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
13689 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
13690 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
13691 appear immediately after the label (unless you specified an origin
13692 greater than the length of the label).  If the entries are centered
13693 or right-justified, the label appears on the far left and does not
13694 affect the horizontal position of the stack entry.
13696 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
13698 @kindex d @}
13699 @pindex calc-right-label
13700 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
13701 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
13702 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
13703 a line width and an origin are given in Right-Justified mode, the
13704 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
13705 justified to the line width.
13707 One application of labels would be to add equation numbers to
13708 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
13709 document (possibly using Embedded mode).  The equations would
13710 typically be centered, and the equation numbers would be on the
13711 left or right as you prefer.
13713 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
13714 @section Language Modes
13716 @noindent
13717 The commands in this section change Calc to use a different notation for
13718 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
13719 other common language such as Pascal or La@TeX{}.  Objects displayed on the
13720 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
13721 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
13722 another buffer will be interpreted according to the current language.
13724 The current language has no effect on things written to or read from the
13725 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
13726 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
13727 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
13729 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
13730 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
13731 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
13732 to switch to C notation.  Now use @code{C-u C-x * g} to grab the formula
13733 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
13734 to the first variable, and @kbd{C-x * y} to yank the formula for the derivative
13735 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
13736 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
13738 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
13739 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
13740 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
13741 and would have written the formula back with notations (like implicit
13742 multiplication) which would not have been valid for a C program.
13744 As another example, suppose you are maintaining a C program and a La@TeX{}
13745 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
13746 formula from the program in C mode, switch to La@TeX{} mode, and yank the
13747 formula into the document in La@TeX{} math-mode format.
13749 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
13750 shifted letter key.
13752 @menu
13753 * Normal Language Modes::
13754 * C FORTRAN Pascal::
13755 * TeX and LaTeX Language Modes::
13756 * Eqn Language Mode::
13757 * Mathematica Language Mode::
13758 * Maple Language Mode::
13759 * Compositions::
13760 * Syntax Tables::
13761 @end menu
13763 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
13764 @subsection Normal Language Modes
13766 @noindent
13767 @kindex d N
13768 @pindex calc-normal-language
13769 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
13770 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
13771 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
13772 objects are written in linear form, as they would be typed from the
13773 keyboard.
13775 @kindex d O
13776 @pindex calc-flat-language
13777 @cindex Matrix display
13778 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
13779 identical with the normal one, except that matrices are written in
13780 one-line form along with everything else.  In some applications this
13781 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
13783 @kindex d b
13784 @pindex calc-line-breaking
13785 @cindex Line breaking
13786 @cindex Breaking up long lines
13787 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
13788 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
13789 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
13790 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
13791 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
13792 command, that argument will specify the line width used when breaking
13793 long lines.
13795 @kindex d B
13796 @pindex calc-big-language
13797 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
13798 which uses textual approximations to various mathematical notations,
13799 such as powers, quotients, and square roots:
13801 @example
13802   ____________
13803  | a + 1    2
13804  | ----- + c
13805 \|   b
13806 @end example
13808 @noindent
13809 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
13811 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in Big
13812 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
13813 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
13814 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
13815 notation.
13817 One slight ambiguity of Big notation is that
13819 @example
13820   3
13821 - -
13822   4
13823 @end example
13825 @noindent
13826 can represent either the negative rational number @expr{-3:4}, or the
13827 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
13828 never be displayed because it would immediately be evaluated to
13829 @expr{-3:4} or @expr{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
13830 typical use.
13832 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
13833 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
13834 though generally you will know which interpretation is correct.
13835 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
13836 in Big mode.
13838 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
13839 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
13840 You may find it useful to expand the Calc window's height using
13841 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
13842 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
13844 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
13845 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
13846 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
13847 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
13849 @kindex d U
13850 @pindex calc-unformatted-language
13851 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
13852 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
13853 shown above would be displayed:
13855 @example
13856 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
13857 @end example
13859 These four modes differ only in display format, not in the format
13860 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
13861 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
13862 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
13863 parentheses).
13865 @node C FORTRAN Pascal, TeX and LaTeX Language Modes, Normal Language Modes, Language Modes
13866 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
13868 @noindent
13869 @kindex d C
13870 @pindex calc-c-language
13871 @cindex C language
13872 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
13873 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
13874 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
13875 particular, C language operators and operator precedences are used in
13876 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
13877 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
13878 @samp{pow(a,b)}.
13880 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
13881 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
13882 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
13883 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
13884 mode is the same as @samp{a_i} in Normal mode.  Assignments
13885 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
13886 using the @samp{:=} symbol.
13888 The variables @code{pi} and @code{e} would be displayed @samp{pi}
13889 and @samp{e} in Normal mode, but in C mode they are displayed as
13890 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
13891 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
13892 names are different in C are translated automatically for entry and
13893 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
13894 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
13895 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
13897 @kindex d P
13898 @pindex calc-pascal-language
13899 @cindex Pascal language
13900 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
13901 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
13902 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
13903 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
13904 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
13905 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
13906 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
13907 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
13908 of handling these in Pascal.
13910 @kindex d F
13911 @pindex calc-fortran-language
13912 @cindex FORTRAN language
13913 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
13914 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
13915 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
13916 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
13917 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
13918 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
13919 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
13920 Also, if the variable @code{a} has been declared to have type
13921 @code{vector} or @code{matrix} then @samp{a(i)} will be parsed as a
13922 subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't matter, though;
13923 if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and Calc interprets
13924 it as a function call, you'll never know the difference unless you
13925 switch to another language mode or replace @code{a} with an actual
13926 vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
13927 function!).
13929 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
13930 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
13931 Normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
13933 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
13934 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
13935 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
13936 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
13937 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
13938 convert to lower-case for display and input.
13940 @node TeX and LaTeX Language Modes, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
13941 @subsection @TeX{} and La@TeX{} Language Modes
13943 @noindent
13944 @kindex d T
13945 @pindex calc-tex-language
13946 @cindex TeX language
13947 @kindex d L
13948 @pindex calc-latex-language
13949 @cindex LaTeX language
13950 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
13951 of ``math mode'' in Donald Knuth's @TeX{} typesetting language,
13952 and the @kbd{d L} (@code{calc-latex-language}) command selects the
13953 conventions of ``math mode'' in La@TeX{}, a typesetting language that
13954 uses @TeX{} as its formatting engine.  Calc's La@TeX{} language mode can
13955 read any formula that the @TeX{} language mode can, although La@TeX{}
13956 mode may display it differently.
13958 Formulas are entered and displayed in the appropriate notation;
13959 @texline @math{\sin(a/b)}
13960 @infoline @expr{sin(a/b)}
13961 will appear as @samp{\sin\left( a \over b \right)} in @TeX{} mode and
13962 @samp{\sin\left(\frac@{a@}@{b@}\right)} in La@TeX{} mode.
13963 Math formulas are often enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{} and
13964 La@TeX{}; these should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc,
13965 the @samp{$} sign has the same meaning it always does in algebraic
13966 formulas (a reference to an existing entry on the stack).
13968 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
13969 quotients are written using @code{\over} in @TeX{} mode (as in 
13970 @code{@{a \over b@}}) and @code{\frac} in La@TeX{} mode (as in
13971 @code{\frac@{a@}@{b@}});  binomial coefficients are written with
13972 @code{\choose} in @TeX{} mode (as in @code{@{a \choose b@}}) and
13973 @code{\binom} in La@TeX{} mode (as in @code{\binom@{a@}@{b@}}).
13974 Interval forms are written with @code{\ldots}, and error forms are
13975 written with @code{\pm}. Absolute values are written as in 
13976 @samp{|x + 1|}, and the floor and ceiling functions are written with
13977 @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc. The words @code{\left} and
13978 @code{\right} are ignored when reading formulas in @TeX{} and La@TeX{}
13979 modes.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written as @code{\infty};
13980 when read, @code{\infty} always translates to @code{inf}.
13982 Function calls are written the usual way, with the function name followed
13983 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{}
13984 and La@TeX{} have special names (like @code{\sin}) will use curly braces
13985 instead of parentheses for very simple arguments.  During input, curly
13986 braces and parentheses work equally well for grouping, but when the
13987 document is formatted the curly braces will be invisible.  Thus the
13988 printed result is 
13989 @texline @math{\sin{2 x}}
13990 @infoline @expr{sin 2x} 
13991 but 
13992 @texline @math{\sin(2 + x)}.
13993 @infoline @expr{sin(2 + x)}.
13995 Function and variable names not treated specially by @TeX{} and La@TeX{}
13996 are simply written out as-is, which will cause them to come out in
13997 italic letters in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} or
13998 @kbd{d L} with a positive numeric prefix argument, names of more than
13999 one character will instead be enclosed in a protective commands that
14000 will prevent them from being typeset in the math italics; they will be
14001 written @samp{\hbox@{@var{name}@}} in @TeX{} mode and 
14002 @samp{\text@{@var{name}@}} in La@TeX{} mode.  The
14003 @samp{\hbox@{ @}} and @samp{\text@{ @}} notations are ignored during
14004 reading.  If you use a negative prefix argument, such function names are
14005 written @samp{\@var{name}}, and function names that begin with @code{\} during
14006 reading have the @code{\} removed.  (Note that in this mode, long
14007 variable names are still written with @code{\hbox} or @code{\text}.
14008 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar} in
14009 any @TeX{} mode.)
14011 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14012 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14013 @code{\bmatrix}.  In La@TeX{} mode this also applies to 
14014 @samp{\begin@{matrix@} ... \end@{matrix@}},
14015 @samp{\begin@{bmatrix@} ... \end@{bmatrix@}},
14016 @samp{\begin@{pmatrix@} ... \end@{pmatrix@}}, as well as
14017 @samp{\begin@{smallmatrix@} ... \end@{smallmatrix@}}.
14018 The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14019 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14020 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14021 format in @TeX{} mode and in 
14022 @samp{\begin@{pmatrix@} a & b \\ c & d \end@{pmatrix@}} format in
14023 La@TeX{} mode; you may need to edit this afterwards to change to your
14024 preferred matrix form.  If you invoke @kbd{d T} or @kbd{d L} with an
14025 argument of 2 or -2, then matrices will be displayed in two-dimensional
14026 form, such as 
14028 @example
14029 \begin@{pmatrix@}
14030 a & b \\
14031 c & d
14032 \end@{pmatrix@}
14033 @end example
14035 @noindent
14036 This may be convenient for isolated matrices, but could lead to
14037 expressions being displayed like
14039 @example
14040 \begin@{pmatrix@} \times x
14041 a & b \\
14042 c & d
14043 \end@{pmatrix@}
14044 @end example
14046 @noindent
14047 While this wouldn't bother Calc, it is incorrect La@TeX{}.
14048 (Similarly for @TeX{}.)
14050 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14051 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14052 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14053 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14054 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14055 in Calc, @TeX{}, La@TeX{} and @dfn{eqn} (described in the next section):
14057 @iftex
14058 @begingroup
14059 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14060 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14061 @end iftex
14062 @ignore
14063 @starindex
14064 @end ignore
14065 @tindex acute
14066 @ignore
14067 @starindex
14068 @end ignore
14069 @tindex Acute
14070 @ignore
14071 @starindex
14072 @end ignore
14073 @tindex bar
14074 @ignore
14075 @starindex
14076 @end ignore
14077 @tindex Bar
14078 @ignore
14079 @starindex
14080 @end ignore
14081 @tindex breve
14082 @ignore
14083 @starindex
14084 @end ignore
14085 @tindex Breve
14086 @ignore
14087 @starindex
14088 @end ignore
14089 @tindex check
14090 @ignore
14091 @starindex
14092 @end ignore
14093 @tindex Check
14094 @ignore
14095 @starindex
14096 @end ignore
14097 @tindex dddot
14098 @ignore
14099 @starindex
14100 @end ignore
14101 @tindex ddddot
14102 @ignore
14103 @starindex
14104 @end ignore
14105 @tindex dot
14106 @ignore
14107 @starindex
14108 @end ignore
14109 @tindex Dot
14110 @ignore
14111 @starindex
14112 @end ignore
14113 @tindex dotdot
14114 @ignore
14115 @starindex
14116 @end ignore
14117 @tindex DotDot
14118 @ignore
14119 @starindex
14120 @end ignore
14121 @tindex dyad
14122 @ignore
14123 @starindex
14124 @end ignore
14125 @tindex grave
14126 @ignore
14127 @starindex
14128 @end ignore
14129 @tindex Grave
14130 @ignore
14131 @starindex
14132 @end ignore
14133 @tindex hat
14134 @ignore
14135 @starindex
14136 @end ignore
14137 @tindex Hat
14138 @ignore
14139 @starindex
14140 @end ignore
14141 @tindex Prime
14142 @ignore
14143 @starindex
14144 @end ignore
14145 @tindex tilde
14146 @ignore
14147 @starindex
14148 @end ignore
14149 @tindex Tilde
14150 @ignore
14151 @starindex
14152 @end ignore
14153 @tindex under
14154 @ignore
14155 @starindex
14156 @end ignore
14157 @tindex Vec
14158 @ignore
14159 @starindex
14160 @end ignore
14161 @tindex VEC
14162 @iftex
14163 @endgroup
14164 @end iftex
14165 @example
14166 Calc      TeX           LaTeX         eqn
14167 ----      ---           -----         ---
14168 acute     \acute        \acute        
14169 Acute                   \Acute        
14170 bar       \bar          \bar          bar
14171 Bar                     \Bar
14172 breve     \breve        \breve        
14173 Breve                   \Breve        
14174 check     \check        \check        
14175 Check                   \Check        
14176 dddot                   \dddot
14177 ddddot                  \ddddot
14178 dot       \dot          \dot          dot
14179 Dot                     \Dot
14180 dotdot    \ddot         \ddot         dotdot
14181 DotDot                  \Ddot         
14182 dyad                                  dyad
14183 grave     \grave        \grave        
14184 Grave                   \Grave        
14185 hat       \hat          \hat          hat
14186 Hat                     \Hat          
14187 Prime                                 prime
14188 tilde     \tilde        \tilde        tilde
14189 Tilde                   \Tilde
14190 under     \underline    \underline    under
14191 Vec       \vec          \vec          vec
14192 VEC                     \Vec
14193 @end example
14195 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14196 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14197 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14198 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14199 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14200 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14201 You will typically want to include one of the following definitions
14202 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14204 @example
14205 \def\evalto@{@}
14206 \def\evalto#1\to@{@}
14207 @end example
14209 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14210 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14211 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14212 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14213 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14214 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14216 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14217 reading is:
14219 @example
14220 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14221 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14222 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14223 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14224 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14225 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14226 \evalto
14227 @end example
14229 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} or
14230 La@TeX{} formula into Calc and writing it back out may lose spacing and
14231 font information. 
14233 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14234 the same as @samp{*}.
14236 @ifnottex
14237 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14238 end of this section.
14239 @end ifnottex
14240 @iftex
14241 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14243 @example
14244 @group
14245 sin(a^2 / b_i)
14246 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14247 @end group
14248 @end example
14249 @tex
14250 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14251 @end tex
14252 @sp 1
14254 @example
14255 @group
14256 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14257 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14258 @end group
14259 @end example
14260 @tex
14261 \turnoffactive
14262 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14263 @end tex
14264 @sp 1
14266 @example
14267 @group
14268 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14269 [|a|, \left| a \over b \right|,
14270  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14271 @end group
14272 @end example
14273 @tex
14274 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14275     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14276 @end tex
14277 @sp 1
14279 @example
14280 @group
14281 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14282 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14283  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14284 @end group
14285 @end example
14286 @tex
14287 \turnoffactive
14288 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14289 @end tex
14290 @sp 2
14292 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14293 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14294 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14296 @example
14297 @group
14298 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14299 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14300 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14301 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14302 @end group
14303 @end example
14304 @tex
14305 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14306 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14307 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14308 @end tex
14309 @sp 2
14311 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14313 @example
14314 @group
14315 2 + 3 => 5
14316 \evalto 2 + 3 \to 5
14317 @end group
14318 @end example
14319 @tex
14320 \turnoffactive
14321 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14322 $$ 5 $$
14323 @end tex
14324 @sp 2
14326 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14328 @example
14329 @group
14330 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14331 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14332 @end group
14333 @end example
14334 @tex
14335 \turnoffactive
14336 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14337 {\let\to\Rightarrow
14338 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14339 @end tex
14340 @sp 2
14342 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14344 @example
14345 @group
14346 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14347 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14348 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14349 @end group
14350 @end example
14351 @tex
14352 \turnoffactive
14353 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14354 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14355 @end tex
14356 @sp 2
14357 @end iftex
14359 @node Eqn Language Mode, Mathematica Language Mode, TeX and LaTeX Language Modes, Language Modes
14360 @subsection Eqn Language Mode
14362 @noindent
14363 @kindex d E
14364 @pindex calc-eqn-language
14365 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14366 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14367 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14368 command selects @dfn{eqn} notation.
14370 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14371 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14372 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14373 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14374 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14375 required only when the argument contains spaces.
14377 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14378 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14379 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14380 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14381 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14382 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14383 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14385 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14386 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14387 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14388 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14389 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14390 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14391 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14392 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14393 names, too.)
14395 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14396 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14397 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14398 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14399 the typeset output of @dfn{eqn}).
14401 As in La@TeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14402 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14403 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14404 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14406 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14407 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14408 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14409 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14410 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14411 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14412 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14414 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14415 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.  
14416 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a table of these accent
14417 functions.  The @code{prime} accent is treated specially if it occurs on
14418 a variable or function name: @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is
14419 stored internally as @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the
14420 derivative of @samp{f(2 x)} with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2
14421 x)}, which @dfn{eqn} mode will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14423 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14424 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14425 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a discussion
14426 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14427 recognized for these operators during reading.
14429 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14430 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14431 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14432 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14433 if the matrix justification mode so specifies.
14435 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14436 @subsection Mathematica Language Mode
14438 @noindent
14439 @kindex d M
14440 @pindex calc-mathematica-language
14441 @cindex Mathematica language
14442 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14443 conventions of Mathematica.  Notable differences in Mathematica mode
14444 are that the names of built-in functions are capitalized, and function
14445 calls use square brackets instead of parentheses.  Thus the Calc
14446 formula @samp{sin(2 x)} is entered and displayed @w{@samp{Sin[2 x]}} in
14447 Mathematica mode.
14449 Vectors and matrices use curly braces in Mathematica.  Complex numbers
14450 are written @samp{3 + 4 I}.  The standard special constants in Calc are
14451 written @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, @code{GoldenRatio}, @code{EulerGamma},
14452 @code{Infinity}, @code{ComplexInfinity}, and @code{Indeterminate} in
14453 Mathematica mode.
14454 Non-decimal numbers are written, e.g., @samp{16^^7fff}.  Floating-point
14455 numbers in scientific notation are written @samp{1.23*10.^3}.
14456 Subscripts use double square brackets: @samp{a[[i]]}.
14458 @node Maple Language Mode, Compositions, Mathematica Language Mode, Language Modes
14459 @subsection Maple Language Mode
14461 @noindent
14462 @kindex d W
14463 @pindex calc-maple-language
14464 @cindex Maple language
14465 The @kbd{d W} (@code{calc-maple-language}) command selects the
14466 conventions of Maple.
14468 Maple's language is much like C.  Underscores are allowed in symbol
14469 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14470 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14471 denote powers.
14473 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14474 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14475 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14476 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14477 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14478 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14480 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14481 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]}, and
14482 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot
14483 see the difference between an open and a closed interval while in
14484 Maple display mode.
14486 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14487 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14488 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14489 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14491 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14492 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14493 inert (@samp{&}) operators.
14495 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14496 @subsection Compositions
14498 @noindent
14499 @cindex Compositions
14500 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14501 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14502 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14503 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14504 are recognized by Calc's display formatting routines.
14506 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14507 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14508 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14509 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14510 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14511 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14512 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14513 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14515 The composition functions do the same thing in all language modes
14516 (although their components will of course be formatted in the current
14517 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14518 which does not give the composition functions any special treatment.
14519 The functions are discussed here because of their relationship to
14520 the language modes.
14522 @menu
14523 * Composition Basics::
14524 * Horizontal Compositions::
14525 * Vertical Compositions::
14526 * Other Compositions::
14527 * Information about Compositions::
14528 * User-Defined Compositions::
14529 @end menu
14531 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14532 @subsubsection Composition Basics
14534 @noindent
14535 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14536 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14537 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14538 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14539 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14540 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14541 For example, in the Big mode formula
14543 @example
14544 @group
14545           2
14546      a + b
14547 17 + ------
14548        c
14549 @end group
14550 @end example
14552 @noindent
14553 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14554 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14555 is placed on the same level as the baseline of 17.
14557 @tex
14558 \bigskip
14559 @end tex
14561 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14562 an integer that represents the binding strength of various operators.
14563 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14564 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14565 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14567 The operator table used by normal and Big language modes has the
14568 following precedences:
14570 @example
14571 _     1200   @r{(subscripts)}
14572 %     1100   @r{(as in n}%@r{)}
14573 -     1000   @r{(as in }-@r{n)}
14574 !     1000   @r{(as in }!@r{n)}
14575 mod    400
14576 +/-    300
14577 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14578 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14579 ^      200
14580 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14581 / % \  190
14582 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14583 |      170
14584 < =    160    @r{(and other relations)}
14585 &&     110
14586 ||     100
14587 ? :     90
14588 !!!     85
14589 &&&     80
14590 |||     75
14591 :=      50
14592 ::      45
14593 =>      40
14594 @end example
14596 The general rule is that if an operator with precedence @expr{n}
14597 occurs as an argument to an operator with precedence @expr{m}, then
14598 the argument is enclosed in parentheses if @expr{n < m}.  Top-level
14599 expressions and expressions which are function arguments, vector
14600 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14601 normally never get additional parentheses).
14603 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14604 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14605 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14606 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14607 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14608 with one-higher precedence.
14610 @ignore
14611 @starindex
14612 @end ignore
14613 @tindex cprec
14614 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
14615 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
14616 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
14617 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
14618 precedence than multiplication).
14620 @tex
14621 \bigskip
14622 @end tex
14624 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
14625 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
14626 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
14627 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
14628 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
14629 exactly as specified.  If they come out wider than the current
14630 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
14631 view them.
14633 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
14634 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
14635 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
14636 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
14637 move down to the next line starting at the first break point that
14638 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
14639 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
14640 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
14641 For example, a vector of sums might be formatted as:
14643 @example
14644 @group
14645 [ a + b + c, d + e + f,
14646   g + h + i, j + k + l, m ]
14647 @end group
14648 @end example
14650 @noindent
14651 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
14652 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
14653 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
14654 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
14655 itself been too large to fit.
14657 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
14658 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
14659 also generates breakable items:  A break point is added after every
14660 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
14661 end of the string.
14663 Composition functions themselves count as levels in the formula
14664 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
14665 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
14666 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
14667 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
14668 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
14669 will be on the same level as the break points of the surrounding
14670 object.
14672 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
14673 @subsubsection Horizontal Compositions
14675 @noindent
14676 @ignore
14677 @starindex
14678 @end ignore
14679 @tindex choriz
14680 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
14681 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
14682 as @w{@samp{17a b / cd}} in Normal language mode, or as
14684 @example
14685 @group
14686   a b
14687 17---d
14688    c
14689 @end group
14690 @end example
14692 @noindent
14693 in Big language mode.  This is actually one case of the general
14694 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
14695 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
14696 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
14697 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
14698 the precedence from the surrounding environment.
14700 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
14701 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
14702 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
14703 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
14704 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
14705 (unless any of its component compositions are breakable).
14707 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
14708 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
14709 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
14710 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
14711 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
14713 The baseline of a horizontal composition is the same as the
14714 baselines of the component compositions, which are all aligned.
14716 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
14717 @subsubsection Vertical Compositions
14719 @noindent
14720 @ignore
14721 @starindex
14722 @end ignore
14723 @tindex cvert
14724 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
14725 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
14726 the result is by default the top line of the resulting composition.
14727 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
14728 formats in Big mode as
14730 @example
14731 @group
14732 f( a ,  2    )
14733   bb   a  + 1
14734   ccc     2
14735          b
14736 @end group
14737 @end example
14739 @ignore
14740 @starindex
14741 @end ignore
14742 @tindex cbase
14743 There are several special composition functions that work only as
14744 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
14745 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
14746 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
14747 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
14748 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
14750 @example
14751 @group
14752         2
14753        a  + 1
14754    a      2
14755 f(bb ,   b   )
14756   ccc
14757 @end group
14758 @end example
14760 @ignore
14761 @starindex
14762 @end ignore
14763 @tindex ctbase
14764 @ignore
14765 @starindex
14766 @end ignore
14767 @tindex cbbase
14768 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
14769 make the baseline of the vertical composition equal to the top
14770 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
14771 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
14772 cvert([cbbase(a / b)])} gives
14774 @example
14775 @group
14776         a
14777 a       -
14778 - + a + b
14779 b   -
14780     b
14781 @end group
14782 @end example
14784 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
14785 function in a given vertical composition.  These functions can also
14786 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
14787 which means the baseline is the top line of the following item, and
14788 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
14789 item.
14791 @ignore
14792 @starindex
14793 @end ignore
14794 @tindex crule
14795 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
14796 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
14797 characters to build the rule.  You can specify any other character,
14798 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
14799 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
14800 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
14801 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
14803 @example
14804 @group
14805 a + 1
14806 =====
14807   2
14809 @end group
14810 @end example
14812 @ignore
14813 @starindex
14814 @end ignore
14815 @tindex clvert
14816 @ignore
14817 @starindex
14818 @end ignore
14819 @tindex crvert
14820 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
14821 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
14822 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
14823 gives:
14825 @example
14826 @group
14827 a   +   a
14828 bb     bb
14829 ccc   ccc
14830 @end group
14831 @end example
14833 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
14834 which gives the precedence to use when formatting the components.
14835 Vertical compositions do not support separator strings.
14837 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
14838 @subsubsection Other Compositions
14840 @noindent
14841 @ignore
14842 @starindex
14843 @end ignore
14844 @tindex csup
14845 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
14846 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
14847 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
14848 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
14849 bottom line is one above the baseline.
14851 @ignore
14852 @starindex
14853 @end ignore
14854 @tindex csub
14855 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
14856 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
14857 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
14858 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
14859 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
14861 @ignore
14862 @starindex
14863 @end ignore
14864 @tindex cflat
14865 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
14866 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
14867 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
14868 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
14869 to improve its readability.
14871 @ignore
14872 @starindex
14873 @end ignore
14874 @tindex cspace
14875 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
14876 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
14877 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
14878 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
14879 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
14880 it is formatted in the normal way and then several copies of that
14881 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
14883 @example
14884 @group
14885  2 2 2 2
14886 a a a a
14887 @end group
14888 @end example
14890 @noindent
14891 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
14893 @ignore
14894 @starindex
14895 @end ignore
14896 @tindex cvspace
14897 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
14898 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
14899 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
14900 argument of zero will produce an object which contributes zero
14901 height if used in a vertical composition.
14903 @ignore
14904 @starindex
14905 @end ignore
14906 @tindex ctspace
14907 @ignore
14908 @starindex
14909 @end ignore
14910 @tindex cbspace
14911 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
14912 create vertical space with the baseline the same as the baseline
14913 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
14914 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
14915 displays as:
14917 @example
14918 @group
14919         a
14920         -
14921 a       b
14922 -   a   a
14923 b + - + -
14924 a   b   b
14925 -   a
14926 b   -
14927     b
14928 @end group
14929 @end example
14931 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
14932 @subsubsection Information about Compositions
14934 @noindent
14935 The functions in this section are actual functions; they compose their
14936 arguments according to the current language and other display modes,
14937 then return a certain measurement of the composition as an integer.
14939 @ignore
14940 @starindex
14941 @end ignore
14942 @tindex cwidth
14943 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
14944 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
14945 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in Normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
14946 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
14947 the composition functions described in this section.
14949 @ignore
14950 @starindex
14951 @end ignore
14952 @tindex cheight
14953 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
14954 This is the total number of lines in the argument's printed form.
14956 @ignore
14957 @starindex
14958 @end ignore
14959 @tindex cascent
14960 @ignore
14961 @starindex
14962 @end ignore
14963 @tindex cdescent
14964 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
14965 of the height that is above (and including) the baseline, or below
14966 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
14967 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
14968 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
14969 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
14970 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
14971 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
14973 @node User-Defined Compositions,  , Information about Compositions, Compositions
14974 @subsubsection User-Defined Compositions
14976 @noindent
14977 @kindex Z C
14978 @pindex calc-user-define-composition
14979 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
14980 define the display format for any algebraic function.  You provide a
14981 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
14982 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
14983 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
14984 replaces the function call with that formula with the arguments
14985 replaced.
14987 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
14988 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
14989 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
14990 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
14991 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
14992 affect the display at all.
14994 You can define formats for built-in functions, for functions you have
14995 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
14996 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
14997 You can define different formats for each language mode, and for each
14998 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
14999 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15000 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15001 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15002 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15003 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15005 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15006 formula, any defined formats for the function in the current language
15007 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15009 For example, the default format for the binomial coefficient function
15010 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15012 @example
15013 @group
15015 ( )
15017 @end group
15018 @end example
15020 @noindent
15021 You might prefer the notation,
15023 @example
15024 @group
15026 n m
15027 @end group
15028 @end example
15030 @noindent
15031 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15032 then put the formula
15034 @smallexample
15035 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15036 @end smallexample
15038 @noindent
15039 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15040 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15041 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15042 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15043 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15044 as an algebraic entry.
15046 @example
15047 @group
15048  C  +  C
15049 a b   7 3
15050 @end group
15051 @end example
15053 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15054 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15055 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15056 instead of parentheses.
15058 @smallexample
15059 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15060 @end smallexample
15062 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15063 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15065 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15066 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15067 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15068 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15069 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15070 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15071 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15072 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15073 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15074 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15075 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15076 it can easily be confused with a real sum.)
15078 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15079 composition formula to cause all or part of the formula to be
15080 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15081 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15082 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15083 regardless of the current simplification mode.  There are also
15084 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15085 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15086 operate only in the context of composition formulas (and also in
15087 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15088 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15089 symbolic form.
15091 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15092 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15093 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15094 there are several situations where it could be slow.  For example,
15095 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15096 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15097 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15098 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15099 produce a large, unwieldy integer.
15101 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15102 command (@pxref{Creating User Keys}).
15104 @node Syntax Tables,  , Compositions, Language Modes
15105 @subsection Syntax Tables
15107 @noindent
15108 @cindex Syntax tables
15109 @cindex Parsing formulas, customized
15110 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15111 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15112 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15114 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15115 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15117 @kindex Z S
15118 @pindex calc-edit-user-syntax
15119 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15120 syntax table for the current language mode.  If you want your
15121 syntax to work in any language, define it in the Normal language
15122 mode.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing the syntax table, or
15123 @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15124 the syntax tables along with the other mode settings;
15125 @pxref{General Mode Commands}.
15127 @menu
15128 * Syntax Table Basics::
15129 * Precedence in Syntax Tables::
15130 * Advanced Syntax Patterns::
15131 * Conditional Syntax Rules::
15132 @end menu
15134 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15135 @subsubsection Syntax Table Basics
15137 @noindent
15138 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15139 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15140 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15141 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15142 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15143 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15144 the parser matches this string of tokens against various built-in
15145 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15146 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15147 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15149 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15150 which allow you to specify new patterns to define your own
15151 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15152 table for the current language mode, then the table for the Normal
15153 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15154 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15155 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15156 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15157 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15158 completely different.)
15160 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15161 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15162 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15164 @example
15165 foo ( ) := 2+3
15166 @end example
15168 @noindent
15169 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15170 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15171 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15172 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15173 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15174 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15175 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15176 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15177 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15178 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15179 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15180 calls would no longer recognize it!
15182 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15183 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15184 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15186 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15187 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15188 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15189 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15190 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15191 and postfix operator, respectively:
15193 @example
15194 foo ( # ) := myfunc(#1)
15195 foo # := myprefix(#1)
15196 # foo # := myinfix(#1,#2)
15197 # foo := mypostfix(#1)
15198 @end example
15200 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15201 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15203 It is important to write the first two rules in the order shown,
15204 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15205 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15206 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15207 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15208 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15209 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15210 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15211 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15212 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15213 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15214 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15216 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15217 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15218 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15219 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15220 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15221 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15222 expressions with nothing between them will be parsed as one
15223 expression that uses implicit multiplication.
15225 As a more practical example, Maple uses the notation
15226 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15227 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15228 rule,
15230 @example
15231 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15232 @end example
15234 @noindent
15235 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15236 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15237 define these operators quite easily:
15239 @example
15240 # *= # := muleq(#1,#2)
15241 # ++ := postinc(#1)
15242 ++ # := preinc(#1)
15243 @end example
15245 @noindent
15246 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15247 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15248 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15249 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15251 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15252 interpretation in syntax patterns:
15254 @example
15255 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15256 @end example
15258 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15259 again it is generally better to use two tokens than one token with
15260 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15261 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15262 backslashes in tokens.)
15264 @example
15265 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15266 @end example
15268 @noindent
15269 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15271 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15272 it is not valid to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15273 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15274 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15275 the syntax table will prevent those characters from working in their
15276 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15277 respectively).
15279 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15280 the rest of the line to be ignored as a comment.
15282 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15283 @subsubsection Precedence
15285 @noindent
15286 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15287 By default, an operator defined by a rule like
15289 @example
15290 # foo # := foo(#1,#2)
15291 @end example
15293 @noindent
15294 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15295 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15296 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15297 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15298 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15299 @samp{*}, so if we change this rule to
15301 @example
15302 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15303 @end example
15305 @noindent
15306 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15307 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15308 precedence, our new operator will be left-associative:
15309 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15310 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15311 can create a right-associative operator.
15313 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15314 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15315 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15317 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15318 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15320 @noindent
15321 To match a function with a variable number of arguments, you could
15322 write
15324 @example
15325 foo ( # ) := myfunc(#1)
15326 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15327 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15328 @end example
15330 @noindent
15331 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15332 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15333 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15335 @example
15336 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15337 @end example
15339 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15340 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15341 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15342 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15343 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15344 separator token (with no space in between, as shown above).
15345 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15346 several expressions separated by commas.
15348 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15349 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15350 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15351 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15352 of arguments and builds a call to the function with those
15353 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15355 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15356 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15357 strung together into the resulting vector.  If the body
15358 does not contain anything but literal tokens, the result will
15359 always be an empty vector.
15361 @example
15362 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15363 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15364 @end example
15366 @noindent
15367 will parse @samp{foo(1, 2, 3, 4)} as @samp{bar([1, 2, 3, 4])}, and
15368 @samp{foo(1, 2; 3, 4)} as @samp{matrix([[1, 2], [3, 4]])}.  Also, after
15369 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15370 @samp{foo(1, 2, 3)} as @samp{matrix([[1, 2, 3]])}, since the first
15371 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15373 @example
15374 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15375 @end example
15377 @noindent
15378 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15379 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15381 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15382 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15383 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15385 @example
15386 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15387 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15388 @end example
15390 @noindent
15391 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15392 which will always be an empty vector, but in the second case no
15393 empty vector is produced.
15395 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15396 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15397 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15398 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 @key{RET}}, omitting
15399 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15400 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15401 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15402 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15403 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15404 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15405 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15406 as optional.
15408 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15409 patterns will not work as you might expect:
15411 @example
15412 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15413 @end example
15415 @noindent
15416 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15417 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15418 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15419 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15420 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15421 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15422 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15424 @example
15425 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15426 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15427 @end example
15429 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15430 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15431 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15432 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15433 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15434 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15435 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15437 @node Conditional Syntax Rules,  , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15438 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15440 @noindent
15441 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15442 example, the rules
15444 @example
15445 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15446 foo ( # ) := gfoo(#1)
15447 @end example
15449 @noindent
15450 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15451 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15452 number of conditions may be attached; all must be true for the
15453 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15454 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15455 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15457 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15458 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15459 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15460 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15461 as if by the @w{@kbd{a s}} algebra command (@pxref{Simplifying Formulas}).
15462 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15463 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15464 results of all conditions are true, the expression (such as
15465 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15466 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15467 goes on to try the next rule in the syntax table.
15469 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15470 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15471 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15472 condition is always true, but as a side effect it defines a
15473 variable which can be used in later conditions, and also in the
15474 expression after the @samp{:=} sign:
15476 @example
15477 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15478 @end example
15480 @noindent
15481 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15482 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15483 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15484 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15486 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15487 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15488 rules.
15490 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15491 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15492 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15493 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15494 conditions and in the result expression.  The arguments to
15495 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15497 @example
15498 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15499 @end example
15501 @noindent
15502 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15503 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15504 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15505 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15506 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15507 Normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15508 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15509 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15511 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15512 @section The @code{Modes} Variable
15514 @noindent
15515 @kindex m g
15516 @pindex calc-get-modes
15517 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15518 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15519 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15520 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15521 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15522 on the current mode settings.
15524 @cindex @code{Modes} variable
15525 @vindex Modes
15526 The modes vector is also available in the special variable
15527 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes @key{RET}}.
15528 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15529 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15530 command will continue to work, however.)
15532 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15533 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15534 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15535 a numeric prefix to the next command.)
15537 The elements of the modes vector are as follows:
15539 @enumerate
15540 @item
15541 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15543 @item
15544 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15546 @item
15547 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15548 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15550 @item
15551 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15553 @item
15554 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15555 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15556 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15557 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15558 command, but note that this may lose information:  For example,
15559 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15560 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15561 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15562 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15563 will still be frozen at 12 significant figures.
15565 @item
15566 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15567 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15569 @item
15570 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15572 @item
15573 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15575 @item
15576 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15577 Command is @kbd{m p}.
15579 @item
15580 Matrix/Scalar mode.  Default value is @mathit{-1}.  Value is 0 for Scalar
15581 mode, @mathit{-2} for Matrix mode, @mathit{-3} for square Matrix mode,
15582 or @var{N} for  
15583 @texline @math{N\times N}
15584 @infoline @var{N}x@var{N} 
15585 Matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15587 @item
15588 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @mathit{-1} for off (@kbd{m O}),
15589 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15590 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15592 @item
15593 Infinite mode.  Default is @mathit{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15594 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15595 @end enumerate
15597 For example, the sequence @kbd{M-1 m g @key{RET} 2 + ~ p} increases the
15598 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15599 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15600 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15601 keyboard macro.)
15603 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ @key{DEL}} deletes all but the
15604 oldest (bottommost) stack entry.
15606 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15607 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15608 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
15609 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
15610 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
15611 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
15613 @node Calc Mode Line,  , Modes Variable, Mode Settings
15614 @section The Calc Mode Line
15616 @noindent
15617 @cindex Mode line indicators
15618 This section is a summary of all symbols that can appear on the
15619 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
15620 stack window (or under an editing window in Embedded mode).
15622 The basic mode line format is:
15624 @example
15625 --%%-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
15626 @end example
15628 The @samp{%%} is the Emacs symbol for ``read-only''; it shows that
15629 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
15630 as if it were text.
15632 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded mode
15633 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
15634 that are in effect.
15636 The first mode is always the current precision, an integer.
15637 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
15638 @code{Rad}, or @code{Hms}.
15640 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
15641 on the mode line:
15643 @table @code
15644 @item Alg
15645 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
15647 @item Alg[(
15648 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
15650 @item Alg*
15651 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
15653 @item Symb
15654 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
15656 @item Matrix
15657 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15659 @item Matrix@var{n}
15660 Dimensioned Matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15662 @item SqMatrix
15663 Square Matrix mode (@kbd{C-u m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15665 @item Scalar
15666 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15668 @item Polar
15669 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
15671 @item Frac
15672 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
15674 @item Inf
15675 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
15677 @item +Inf
15678 Positive Infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
15680 @item NoSimp
15681 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
15683 @item NumSimp
15684 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
15686 @item BinSimp@var{w}
15687 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
15689 @item AlgSimp
15690 Algebraic simplification mode (@kbd{m A}).
15692 @item ExtSimp
15693 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
15695 @item UnitSimp
15696 Units simplification mode (@kbd{m U}).
15698 @item Bin
15699 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
15701 @item Oct
15702 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
15704 @item Hex
15705 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
15707 @item Radix@var{n}
15708 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
15710 @item Zero
15711 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
15713 @item Big
15714 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
15716 @item Flat
15717 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
15719 @item Unform
15720 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
15722 @item C
15723 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
15725 @item Pascal
15726 Pascal language mode (@kbd{d P}).
15728 @item Fortran
15729 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
15731 @item TeX
15732 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15734 @item LaTeX
15735 La@TeX{} language mode (@kbd{d L}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15737 @item Eqn
15738 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
15740 @item Math
15741 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
15743 @item Maple
15744 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
15746 @item Norm@var{n}
15747 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
15749 @item Fix@var{n}
15750 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
15752 @item Sci
15753 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
15755 @item Sci@var{n}
15756 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
15758 @item Eng
15759 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
15761 @item Eng@var{n}
15762 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
15764 @item Left@var{n}
15765 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
15767 @item Right
15768 Right-justified display (@kbd{d >}).
15770 @item Right@var{n}
15771 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
15773 @item Center
15774 Centered display (@kbd{d =}).
15776 @item Center@var{n}
15777 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
15779 @item Wid@var{n}
15780 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
15782 @item Wide
15783 No line breaking (@kbd{d b}).
15785 @item Break
15786 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
15788 @item Save
15789 Record modes in @file{~/.calc.el} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
15791 @item Local
15792 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15794 @item LocEdit
15795 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15797 @item LocPerm
15798 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15800 @item Global
15801 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15803 @item Manual
15804 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
15805 Recomputation}).
15807 @item Graph
15808 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
15810 @item Sel
15811 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
15813 @item Dirty
15814 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
15816 @item Inv
15817 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
15819 @item Hyp
15820 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
15822 @item Keep
15823 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
15825 @item Narrow
15826 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
15827 @end table
15829 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
15830 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
15832 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
15833 @chapter Arithmetic Functions
15835 @noindent
15836 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
15837 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
15838 commands work by removing the top one or two values from the stack,
15839 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
15840 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
15841 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
15842 is invalid) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
15844 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
15845 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
15846 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
15848 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
15849 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
15850 interpret a prefix argument.
15852 @menu
15853 * Basic Arithmetic::
15854 * Integer Truncation::
15855 * Complex Number Functions::
15856 * Conversions::
15857 * Date Arithmetic::
15858 * Financial Functions::
15859 * Binary Functions::
15860 @end menu
15862 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
15863 @section Basic Arithmetic
15865 @noindent
15866 @kindex +
15867 @pindex calc-plus
15868 @ignore
15869 @mindex @null
15870 @end ignore
15871 @tindex +
15872 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
15873 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
15874 onto the stack.
15876 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
15877 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
15878 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
15879 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
15880 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
15881 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
15882 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
15883 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
15884 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
15885 to every element of a vector.
15887 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
15888 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
15889 the current Polar mode determines the form of the result.  If Symbolic
15890 mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
15891 conversions for polar addition are non-trivial.
15893 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
15894 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
15895 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
15896 degrees or radians (depending on the current Angular mode) to HMS format
15897 and then the two HMS forms are added.
15899 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
15900 real number, which advances the date by a certain number of days, or
15901 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
15902 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
15903 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
15904 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
15905 negative of a date form can be understood by remembering that dates
15906 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
15908 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
15909 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
15910 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
15911 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
15912 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
15913 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
15914 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
15915 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
15917 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @expr{M},
15918 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
15919 result is a modulo form which represents the sum, modulo @expr{M}, of
15920 the two values.
15922 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
15923 which describes all possible sums of the possible input values.  If
15924 one argument is a plain number, it is treated as the interval
15925 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
15927 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
15928 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
15929 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
15930 infinite in different directions the result is @code{nan}.
15932 @kindex -
15933 @pindex calc-minus
15934 @ignore
15935 @mindex @null
15936 @end ignore
15937 @tindex -
15938 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
15939 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
15940 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @mathit{-3}.  All options
15941 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
15943 @kindex *
15944 @pindex calc-times
15945 @ignore
15946 @mindex @null
15947 @end ignore
15948 @tindex *
15949 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
15950 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
15951 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
15952 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
15953 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
15954 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
15955 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
15956 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
15957 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
15959 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
15960 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
15961 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
15962 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
15963 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
15964 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
15965 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
15966 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
15968 @kindex /
15969 @pindex calc-divide
15970 @ignore
15971 @mindex @null
15972 @end ignore
15973 @tindex /
15974 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.  
15976 When combining multiplication and division in an algebraic formula, it
15977 is good style to use parentheses to distinguish between possible
15978 interpretations; the expression @samp{a/b*c} should be written
15979 @samp{(a/b)*c} or @samp{a/(b*c)}, as appropriate.  Without the
15980 parentheses, Calc will interpret @samp{a/b*c} as @samp{a/(b*c)}, since
15981 in algebraic entry Calc gives division a lower precedence than
15982 multiplication. (This is not standard across all computer languages, and
15983 Calc may change the precedence depending on the language mode being used.  
15984 @xref{Language Modes}.)  This default ordering can be changed by setting
15985 the customizable variable @code{calc-multiplication-has-precedence} to
15986 @code{nil} (@pxref{Customizing Calc}); this will give multiplication and
15987 division equal precedences.  Note that Calc's default choice of
15988 precedence allows @samp{a b / c d} to be used as a shortcut for
15989 @smallexample
15990 @group
15991 a b
15992 ---.
15993 c d
15994 @end group
15995 @end smallexample
15997 When dividing a scalar @expr{B} by a square matrix @expr{A}, the
15998 computation performed is @expr{B} times the inverse of @expr{A}.  This
15999 also occurs if @expr{B} is itself a vector or matrix, in which case the
16000 effect is to solve the set of linear equations represented by @expr{B}.
16001 If @expr{B} is a matrix with the same number of rows as @expr{A}, or a
16002 plain vector (which is interpreted here as a column vector), then the
16003 equation @expr{A X = B} is solved for the vector or matrix @expr{X}.
16004 Otherwise, if @expr{B} is a non-square matrix with the same number of
16005 @emph{columns} as @expr{A}, the equation @expr{X A = B} is solved.  If
16006 you wish a vector @expr{B} to be interpreted as a row vector to be
16007 solved as @expr{X A = B}, make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1
16008 v p} first.  To force a left-handed solution with a square matrix
16009 @expr{B}, transpose @expr{A} and @expr{B} before dividing, then
16010 transpose the result.
16012 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
16013 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
16014 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
16015 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
16016 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
16017 interval.
16019 @kindex ^
16020 @pindex calc-power
16021 @ignore
16022 @mindex @null
16023 @end ignore
16024 @tindex ^
16025 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
16026 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
16027 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
16028 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
16029 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
16030 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16032 @kindex I ^
16033 @tindex nroot
16034 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16035 computes an Nth root:  @kbd{125 @key{RET} 3 I ^} computes the number 5.
16036 (This is entirely equivalent to @kbd{125 @key{RET} 1:3 ^}.)
16038 @kindex \
16039 @pindex calc-idiv
16040 @tindex idiv
16041 @ignore
16042 @mindex @null
16043 @end ignore
16044 @tindex \
16045 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16046 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16047 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16048 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16049 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16050 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16052 @kindex %
16053 @pindex calc-mod
16054 @ignore
16055 @mindex @null
16056 @end ignore
16057 @tindex %
16058 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16059 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16060 for all real numbers @expr{a} and @expr{b} (except @expr{b=0}).  For
16061 positive @expr{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16062 @expr{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16063 If @expr{a} is a modulo form, its modulo is changed to @expr{b}, which
16064 must be positive real number.
16066 @kindex :
16067 @pindex calc-fdiv
16068 @tindex fdiv
16069 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command
16070 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16071 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction mode (with
16072 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16073 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16074 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16075 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16076 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16078 @kindex n
16079 @pindex calc-change-sign
16080 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16081 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16082 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16084 @kindex A
16085 @pindex calc-abs
16086 @tindex abs
16087 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16088 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16089 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16090 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16091 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16092 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16093 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16094 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16095 an interval is defined in the obvious way.
16097 @kindex f A
16098 @pindex calc-abssqr
16099 @tindex abssqr
16100 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16101 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16103 @kindex f s
16104 @pindex calc-sign
16105 @tindex sign
16106 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16107 argument is positive, @mathit{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16108 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16109 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16110 zero depending on the sign of @samp{a}.
16112 @kindex &
16113 @pindex calc-inv
16114 @tindex inv
16115 @cindex Reciprocal
16116 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16117 reciprocal of a number, i.e., @expr{1 / x}.  Operating on a square
16118 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16120 @kindex Q
16121 @pindex calc-sqrt
16122 @tindex sqrt
16123 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16124 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16125 complex number whose form is determined by the current Polar mode.
16127 @kindex f h
16128 @pindex calc-hypot
16129 @tindex hypot
16130 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16131 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16132 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @expr{a}
16133 and @expr{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16134 magnitudes are used.
16136 @kindex f Q
16137 @pindex calc-isqrt
16138 @tindex isqrt
16139 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16140 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16141 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16142 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16143 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16144 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16145 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16147 @kindex f n
16148 @kindex f x
16149 @pindex calc-min
16150 @tindex min
16151 @pindex calc-max
16152 @tindex max
16153 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16154 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16155 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16156 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16157 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16158 all the arguments.)
16160 @kindex f M
16161 @kindex f X
16162 @pindex calc-mant-part
16163 @tindex mant
16164 @pindex calc-xpon-part
16165 @tindex xpon
16166 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16167 the ``mantissa'' part @expr{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16168 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16169 @expr{e}.  The original number is equal to 
16170 @texline @math{m \times 10^e},
16171 @infoline @expr{m * 10^e},
16172 where @expr{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16173 @expr{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16174 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16175 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16176 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16177 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16178 a multiple of ten (again except for the @expr{m=e=0} case).
16180 @kindex f S
16181 @pindex calc-scale-float
16182 @tindex scf
16183 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16184 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16185 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16186 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16187 or @samp{1:20} depending on the current Fraction mode.
16189 @kindex f [
16190 @kindex f ]
16191 @pindex calc-decrement
16192 @pindex calc-increment
16193 @tindex decr
16194 @tindex incr
16195 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16196 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16197 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16198 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16199 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16200 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16201 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16202 @samp{0.0} produces 
16203 @texline @math{10^{-p}},
16204 @infoline @expr{10^-p}, 
16205 where @expr{p} is the current
16206 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16207 With numeric prefix arguments, they change the number by @expr{n} units.
16209 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16210 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16211 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16212 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16213 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16214 way floating-point numbers work.
16216 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16217 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16219 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16220 @section Integer Truncation
16222 @noindent
16223 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16224 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16225 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16226 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16227 to integer form.
16229 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16230 expressed as an integer-valued floating-point number.
16232 @cindex Integer part of a number
16233 @kindex F
16234 @pindex calc-floor
16235 @tindex floor
16236 @tindex ffloor
16237 @ignore
16238 @mindex @null
16239 @end ignore
16240 @kindex H F
16241 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16242 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16243 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16244 @mathit{-4}.
16246 @kindex I F
16247 @pindex calc-ceiling
16248 @tindex ceil
16249 @tindex fceil
16250 @ignore
16251 @mindex @null
16252 @end ignore
16253 @kindex H I F
16254 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16255 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16256 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @mathit{-3}.
16258 @kindex R
16259 @pindex calc-round
16260 @tindex round
16261 @tindex fround
16262 @ignore
16263 @mindex @null
16264 @end ignore
16265 @kindex H R
16266 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16267 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16268 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16269 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16270 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @mathit{-4}.
16272 @kindex I R
16273 @pindex calc-trunc
16274 @tindex trunc
16275 @tindex ftrunc
16276 @ignore
16277 @mindex @null
16278 @end ignore
16279 @kindex H I R
16280 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16281 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16282 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16283 @kbd{_3.6 I R} produces @mathit{-3}.
16285 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16286 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16287 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16288 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16289 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16290 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16292 @ignore
16293 @starindex
16294 @end ignore
16295 @tindex rounde
16296 @ignore
16297 @starindex
16298 @end ignore
16299 @tindex roundu
16300 @ignore
16301 @starindex
16302 @end ignore
16303 @tindex frounde
16304 @ignore
16305 @starindex
16306 @end ignore
16307 @tindex froundu
16308 There are two more rounding functions which can only be entered in
16309 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16310 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16311 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16312 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16313 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16314 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16315 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16316 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16317 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16318 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16319 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16320 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16321 argument will first have been rounded down to @expr{2.5} (which
16322 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16324 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16325 a second argument which specifies the number of digits after the
16326 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16327 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16328 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16329 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16330 no second argument at all.
16332 @cindex Fractional part of a number
16333 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16334 added to `@tfn{floor(}@var{n}@tfn{)}', will produce @var{n}) just take @var{n}
16335 modulo 1 using the @code{%} command.
16337 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16338 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16339 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16340 arguments and return the result rounded down to an integer.
16342 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16343 @section Complex Number Functions
16345 @noindent
16346 @kindex J
16347 @pindex calc-conj
16348 @tindex conj
16349 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16350 complex conjugate of a number.  For complex number @expr{a+bi}, the
16351 complex conjugate is @expr{a-bi}.  If the argument is a real number,
16352 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16353 this command replaces each element by its complex conjugate.
16355 @kindex G
16356 @pindex calc-argument
16357 @tindex arg
16358 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16359 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16360 notation, this is simply the second component of the pair
16361 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'.
16362 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'.
16363 The result is expressed according to the current angular mode and will
16364 be in the range @mathit{-180} degrees (exclusive) to @mathit{+180} degrees
16365 (inclusive), or the equivalent range in radians.
16367 @pindex calc-imaginary
16368 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16369 top of the stack by the imaginary number @expr{i = (0,1)}.  This
16370 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16371 on the @key{IMAG} button in Keypad mode.
16373 @kindex f r
16374 @pindex calc-re
16375 @tindex re
16376 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16377 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16378 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16379 the value part.)
16381 @kindex f i
16382 @pindex calc-im
16383 @tindex im
16384 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16385 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16386 or matrix argument, these functions operate element-wise.
16388 @ignore
16389 @mindex v p
16390 @end ignore
16391 @kindex v p (complex)
16392 @pindex calc-pack
16393 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16394 the stack into a composite object such as a complex number.  With
16395 a prefix argument of @mathit{-1}, it produces a rectangular complex number;
16396 with an argument of @mathit{-2}, it produces a polar complex number.
16397 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16399 @ignore
16400 @mindex v u
16401 @end ignore
16402 @kindex v u (complex)
16403 @pindex calc-unpack
16404 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16405 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16406 into its separate components.
16408 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16409 @section Conversions
16411 @noindent
16412 The commands described in this section convert numbers from one form
16413 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16415 @kindex c f
16416 @pindex calc-float
16417 @tindex pfloat
16418 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16419 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16420 @expr{23} is converted to @expr{23.0}, @expr{3:2} is converted to
16421 @expr{1.5}, and @expr{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16422 object such as a complex number or vector, each of the components is
16423 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16424 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16425 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16426 format may lose information.
16428 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16429 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16430 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16431 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16432 it does not notice that the thing being floated is a power.
16433 @xref{Selecting Subformulas}.
16435 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16436 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16437 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16438 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16440 @kindex H c f
16441 @tindex float
16442 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16443 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16444 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16445 is left unevaluated because its argument is not a number.
16447 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16448 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16449 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16450 that appear right now.
16452 @kindex c F
16453 @pindex calc-fraction
16454 @tindex pfrac
16455 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16456 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16457 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16458 input number, to within the current precision.  You can also give a
16459 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16460 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16461 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16462 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16463 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16464 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16465 fraction is correct to within that absolute amount.
16467 @kindex H c F
16468 @tindex frac
16469 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16470 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16471 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16473 @kindex c d
16474 @pindex calc-to-degrees
16475 @tindex deg
16476 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16477 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16478 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16479 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.
16481 @kindex c r
16482 @pindex calc-to-radians
16483 @tindex rad
16484 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16485 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16487 @kindex c h
16488 @pindex calc-to-hms
16489 @tindex hms
16490 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16491 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16492 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16493 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16494 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16496 @pindex calc-from-hms
16497 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16498 stack into a real number according to the current angular mode.
16500 @kindex c p
16501 @kindex I c p
16502 @pindex calc-polar
16503 @tindex polar
16504 @tindex rect
16505 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16506 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16507 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16508 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16509 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16510 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16511 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16512 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)
16514 @kindex c c
16515 @pindex calc-clean
16516 @tindex pclean
16517 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16518 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16519 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16520 components have strayed from the @mathit{-180} to @mathit{+180} degree range
16521 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16522 angular mode is different from the one under which the number was
16523 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16524 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16525 number (i.e., pervasively).
16527 If the simplification mode is set below the default level, it is raised
16528 to the default level for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c}
16529 applies the default simplifications even if their automatic application
16530 is disabled.  @xref{Simplification Modes}.
16532 @cindex Roundoff errors, correcting
16533 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16534 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16535 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16536 prefix decreases the precision by the specified amount.
16538 @kindex c 0-9
16539 @pindex calc-clean-num
16540 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16541 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16542 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16543 decimal place often conveniently does the trick.
16545 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16546 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16547 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16548 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16549 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16550 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16551 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16553 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16554 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16555 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16556 does not clip small numbers.)
16558 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16559 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16560 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16561 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16562 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16563 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16565 @kindex H c 0-9
16566 @kindex H c c
16567 @tindex clean
16568 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16569 operate non-pervasively [@code{clean}].
16571 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16572 @section Date Arithmetic
16574 @noindent
16575 @cindex Date arithmetic, additional functions
16576 The commands described in this section perform various conversions
16577 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16578 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16579 letters.
16581 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16582 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16583 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16584 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16585 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16586 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16588 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16589 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16590 additional argument from the top of the stack.
16592 @menu
16593 * Date Conversions::
16594 * Date Functions::
16595 * Time Zones::
16596 * Business Days::
16597 @end menu
16599 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16600 @subsection Date Conversions
16602 @noindent
16603 @kindex t D
16604 @pindex calc-date
16605 @tindex date
16606 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16607 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD.  The
16608 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16609 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16610 argument is a number, it converts this number into a date form.
16612 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16613 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16614 of the following ways:
16616 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16617 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16618 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16619 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16620 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16621 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16622 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16623 month will be used.
16625 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16626 pure date form using the current year, as determined by the
16627 real-time clock.
16629 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16630 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
16632 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
16633 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
16634 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
16635 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
16636 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
16637 The last two arguments default to zero if omitted.
16639 @kindex t J
16640 @pindex calc-julian
16641 @tindex julian
16642 @cindex Julian day counts, conversions
16643 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
16644 a date form into a Julian day count, which is the number of days
16645 since noon on Jan 1, 4713 BC.  A pure date is converted to an integer
16646 Julian count representing noon of that day.  A date/time form is
16647 converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
16648 interpret the date form in the current time zone but the Julian
16649 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
16650 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
16651 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
16652 are never time-zone adjusted.
16654 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
16655 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
16656 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
16657 current or specified time zone.
16659 @kindex t U
16660 @pindex calc-unix-time
16661 @tindex unixtime
16662 @cindex Unix time format, conversions
16663 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
16664 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
16665 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
16666 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
16667 precisions, the result may be a float with (@var{precision}@minus{}12)
16668 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
16669 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
16670 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
16671 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
16672 suppress the adjustment if so.
16674 @kindex t C
16675 @pindex calc-convert-time-zones
16676 @tindex tzconv
16677 @cindex Time Zones, converting between
16678 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
16679 command converts a date form from one time zone to another.  You
16680 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
16681 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
16682 If you answer either prompt with a blank line, the local time
16683 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
16684 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
16685 stack (and the date to be converted from the third stack level).
16687 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
16688 @subsection Date Functions
16690 @noindent
16691 @kindex t N
16692 @pindex calc-now
16693 @tindex now
16694 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
16695 current date and time on the stack as a date form.  The time is
16696 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
16697 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
16699 @kindex t P
16700 @pindex calc-date-part
16701 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
16702 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
16703 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
16704 The various part codes are described in the following paragraphs.
16706 @tindex year
16707 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
16708 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
16709 following functions will also accept a real number for an
16710 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
16711 Note that this function will never return zero, since the year
16712 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
16714 @tindex month
16715 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
16716 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
16718 @tindex day
16719 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
16720 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
16722 @tindex hour
16723 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
16724 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
16725 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
16726 date form.  This function (and the following two) also accept
16727 HMS forms as input.
16729 @tindex minute
16730 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
16731 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
16733 @tindex second
16734 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
16735 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
16736 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
16737 precisions, the result may instead be a floating-point number.
16739 @tindex weekday
16740 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
16741 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
16742 to 6 (Saturday).
16744 @tindex yearday
16745 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
16746 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
16747 to 366 (December 31 of a leap year).
16749 @tindex time
16750 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
16751 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
16752 for a pure date form.
16754 @kindex t M
16755 @pindex calc-new-month
16756 @tindex newmonth
16757 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
16758 computes a new date form that represents the first day of the month
16759 specified by the input date.  The result is always a pure date
16760 form; only the year and month numbers of the input are retained.
16761 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
16762 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
16763 is greater than the actual number of days in the month, or if
16764 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
16766 @kindex t Y
16767 @pindex calc-new-year
16768 @tindex newyear
16769 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
16770 computes a new pure date form that represents the first day of
16771 the year specified by the input.  The month, day, and time
16772 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
16773 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
16774 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
16775 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
16776 year (December 31).  A negative prefix argument from @mathit{-1} to
16777 @mathit{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
16779 @kindex t W
16780 @pindex calc-new-week
16781 @tindex newweek
16782 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
16783 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
16784 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
16785 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
16786 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
16787 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
16789 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
16790 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
16791 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
16792 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
16793 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
16794 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
16795 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
16796 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
16797 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
16798 the time to midnight; hint:@: how can @code{newweek} be defined in terms
16799 of the @code{weekday} function?).
16801 @ignore
16802 @starindex
16803 @end ignore
16804 @tindex pwday
16805 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
16806 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
16807 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
16808 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
16809 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
16810 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
16811 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
16812 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
16813 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
16814 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
16815 for any day of the week instead of Sunday.
16817 @kindex t I
16818 @pindex calc-inc-month
16819 @tindex incmonth
16820 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
16821 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
16822 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
16823 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
16824 same, except that if the new month has fewer days the day
16825 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
16826 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
16827 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
16828 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
16829 in this case).
16831 @ignore
16832 @starindex
16833 @end ignore
16834 @tindex incyear
16835 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
16836 a date form by the specified number of years, which may be
16837 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
16838 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
16839 simple equivalents in terms of day arithmetic because
16840 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
16841 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
16842 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
16844 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
16845 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
16846 @code{incweek} simply use @expr{d + n} or @expr{d + 7 n}.
16848 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
16849 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
16851 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
16852 @subsection Business Days
16854 @noindent
16855 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
16856 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
16857 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
16858 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
16859 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
16860 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
16862 @kindex t +
16863 @kindex t -
16864 @tindex badd
16865 @tindex bsub
16866 @pindex calc-business-days-plus
16867 @pindex calc-business-days-minus
16868 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
16869 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
16870 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
16871 one argument must be a date form and the other must be a real
16872 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
16873 then a certain amount of time is added as well as a number of
16874 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
16875 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
16876 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
16877 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
16878 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
16879 case the result is the number of business days between the two
16880 dates.
16882 @cindex @code{Holidays} variable
16883 @vindex Holidays
16884 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
16885 Sunday to be a business day.  You can define any number of
16886 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
16887 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
16888 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
16889 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
16890 be any of the following kinds of objects:
16892 @itemize @bullet
16893 @item
16894 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
16895 particular days which are to be treated as holidays.
16897 @item
16898 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
16899 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
16901 @item
16902 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
16903 considered to be a holiday.
16905 @item
16906 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
16907 If the formula involves the variable @expr{y}, it stands for a
16908 yearly repeating holiday; @expr{y} will take on various year
16909 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
16910 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
16911 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
16912 If the formula involves the variable @expr{m}, that variable
16913 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
16914 a holiday that takes place on the 15th of every month.
16916 @item
16917 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
16918 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
16920 @item
16921 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
16922 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
16923 business-day arithmetic that goes outside this range will result
16924 in an error message.  Use this if you are including an explicit
16925 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
16926 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
16927 where the holidays you entered are complete.  If there is no
16928 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
16929 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
16930 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
16932 @item
16933 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
16934 are to be considered one business day.  For example, if this
16935 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
16936 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
16937 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
16938 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
16939 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
16940 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
16941 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
16942 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
16943 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
16944 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
16945 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
16946 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
16947 @end itemize
16949 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
16950 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
16951 then be no difference between business days and calendar days.
16953 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
16954 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
16955 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
16956 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
16957 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
16958 the number of holidays between two dates.)
16960 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
16961 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
16962 list between the smallest and largest years that have been involved
16963 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
16964 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
16965 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
16966 only a small range of years, Calc will still work out all the
16967 holidays that fall in that 200-year span.
16969 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
16970 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
16971 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
16972 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
16973 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
16974 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
16975 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
16976 difference between two dates one or both of which fall on holidays
16977 equals the number of actual business days between them.  These
16978 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
16979 business days to any date, the difference between the result and the
16980 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
16981 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
16982 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
16983 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
16985 @ignore
16986 @starindex
16987 @end ignore
16988 @tindex holiday
16989 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
16990 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
16991 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
16992 business day.
16994 @node Time Zones,  , Business Days, Date Arithmetic
16995 @subsection Time Zones
16997 @noindent
16998 @cindex Time zones
16999 @cindex Daylight saving time
17000 Time zones and daylight saving time are a complicated business.
17001 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
17002 compute the correct time zone and daylight saving adjustment to use,
17003 provided they can figure out this information.  This section describes
17004 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
17005 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
17006 can't determine the right correction to use.
17008 Adjustments for time zones and daylight saving time are done by
17009 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
17010 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
17011 to exactly 30 days even though there is a daylight-saving
17012 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
17013 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
17014 and Unix date/times will adjust for daylight saving time:  using Calc's
17015 default daylight saving time rule (see the explanation below),
17016 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
17017 evaluates to @samp{29.95833} (that's 29 days and 23 hours)
17018 because one hour was lost when daylight saving commenced on
17019 April 7, 1991.
17021 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
17022 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
17023 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
17024 days between two dates without taking daylight saving into account.
17026 @pindex calc-time-zone
17027 @ignore
17028 @starindex
17029 @end ignore
17030 @tindex tzone
17031 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
17032 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
17033 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
17034 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
17035 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
17036 Daylight Saving time is in effect, one hour should be subtracted from
17037 the normal difference.
17039 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
17040 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
17041 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
17042 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
17043 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
17044 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
17045 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
17046 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
17047 (for Pacific standard and daylight saving times, respectively).
17049 North American and European time zone names are defined as follows;
17050 note that for each time zone there is one name for standard time,
17051 another for daylight saving time, and a third for ``generalized'' time
17052 in which the daylight saving adjustment is computed from context.
17054 @smallexample
17055 @group
17056 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17057  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17059 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17060  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17062 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17063 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17064 @end group
17065 @end smallexample
17067 @vindex math-tzone-names
17068 To define time zone names that do not appear in the above table,
17069 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17070 is a list of lists describing the different time zone names; its
17071 structure is best explained by an example.  The three entries for
17072 Pacific Time look like this:
17074 @smallexample
17075 @group
17076 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17077   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight saving adjustment.
17078   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17079 @end group
17080 @end smallexample
17082 @cindex @code{TimeZone} variable
17083 @vindex TimeZone
17084 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} obtains an
17085 argument from the Calc variable @code{TimeZone} if a value has been
17086 stored for that variable.  If not, Calc runs the Unix @samp{date}
17087 command and looks for one of the above time zone names in the output;
17088 if this does not succeed, @samp{tzone()} leaves itself unevaluated.
17089 The time zone name in the @samp{date} output may be followed by a signed
17090 adjustment, e.g., @samp{GMT+5} or @samp{GMT+0500} which specifies a
17091 number of hours and minutes to be added to the base time zone.
17092 Calc stores the time zone it finds into @code{TimeZone} to speed
17093 later calls to @samp{tzone()}.
17095 The special time zone name @code{local} is equivalent to no argument,
17096 i.e., it uses the local time zone as obtained from the @code{date}
17097 command.
17099 If the time zone name found is one of the standard or daylight
17100 saving zone names from the above table, and Calc's internal
17101 daylight saving algorithm says that time and zone are consistent
17102 (e.g., @code{PDT} accompanies a date that Calc's algorithm would also
17103 consider to be daylight saving, or @code{PST} accompanies a date
17104 that Calc would consider to be standard time), then Calc substitutes
17105 the corresponding generalized time zone (like @code{PGT}).
17107 If your system does not have a suitable @samp{date} command, you
17108 may wish to put a @samp{(setq var-TimeZone ...)} in your Emacs
17109 initialization file to set the time zone.  (Since you are interacting
17110 with the variable @code{TimeZone} directly from Emacs Lisp, the
17111 @code{var-} prefix needs to be present.)  The easiest way to do
17112 this is to edit the @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T}
17113 command, then use the @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable})
17114 command to save the value of @code{TimeZone} permanently.
17116 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17117 arguments do the same thing as @samp{tzone()}.  If the current
17118 time zone is a generalized time zone, e.g., @code{EGT}, Calc
17119 examines the date being converted to tell whether to use standard
17120 or daylight saving time.  But if the current time zone is explicit,
17121 e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is used exactly
17122 and Calc's daylight saving algorithm is not consulted.
17124 Some places don't follow the usual rules for daylight saving time.
17125 The state of Arizona, for example, does not observe daylight saving
17126 time.  If you run Calc during the winter season in Arizona, the
17127 Unix @code{date} command will report @code{MST} time zone, which
17128 Calc will change to @code{MGT}.  If you then convert a time that
17129 lies in the summer months, Calc will apply an incorrect daylight
17130 saving time adjustment.  To avoid this, set your @code{TimeZone}
17131 variable explicitly to @code{MST} to force the use of standard,
17132 non-daylight-saving time.
17134 @vindex math-daylight-savings-hook
17135 @findex math-std-daylight-savings
17136 By default Calc always considers daylight saving time to begin at
17137 2 a.m.@: on the second Sunday of March (for years from 2007 on) or on
17138 the last Sunday in April (for years before 2007), and to end at 2 a.m.@:
17139 on the first Sunday of November. (for years from 2007 on) or the last
17140 Sunday in October (for years before 2007).  These are the rules that have
17141 been in effect in much of North America since 1966 and takes into
17142 account the rule change that began in 2007.  If you are in a
17143 country that uses different rules for computing daylight saving time,
17144 you have two choices:  Write your own daylight saving hook, or control
17145 time zones explicitly by setting the @code{TimeZone} variable and/or
17146 always giving a time-zone argument for the conversion functions.
17148 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17149 name of a function that is used to compute the daylight saving
17150 adjustment for a given date.  The default is
17151 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17152 (either 0 or @mathit{-1}) using the North American rules given above.
17154 The daylight saving hook function is called with four arguments:
17155 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17156 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17157 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17158 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17159 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17160 converting into a generalized time zone (see below).
17162 @findex math-prev-weekday-in-month
17163 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17164 daylight saving computations.  This is an internal version of
17165 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17166 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17167 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17168 and the weekday number (0-6).
17170 The default daylight saving hook ignores the time zone name, but a
17171 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17172 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17173 depending on the year number, but the default hook always uses the
17174 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17175 daylight saving hook:
17177 @smallexample
17178 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17179   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17180         ((= (nth 1 dt) 4)
17181          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17182            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17183                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17184                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17185                  (t -1))))
17186         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17187         ((= (nth 1 dt) 10)
17188          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17189            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17190                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17191                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17192                  (t 0))))
17193         (t 0))
17195 @end smallexample
17197 @noindent
17198 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17199 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17200 It is @mathit{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17201 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17202 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17204 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17205 beginning of daylight saving time; converting a date/time form that
17206 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17207 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight saving time, the
17208 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17209 form that falls in this hour results in a time value for the first
17210 manifestation of that time (@emph{not} the one that occurs one hour later).
17212 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17213 daylight saving adjustment is always taken to be zero.
17215 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17216 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17217 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17218 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17219 daylight saving computation is applied to it as it appears.
17220 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17221 daylight-saving version of @var{zone} before being given to
17222 the daylight saving hook.  This odd-sounding rule ensures
17223 that the daylight-saving computation is always done in
17224 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17225 is typically represented in.
17227 @ignore
17228 @starindex
17229 @end ignore
17230 @tindex dsadj
17231 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17232 daylight saving adjustment that is appropriate for @var{date} in
17233 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17234 daylight saving time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17235 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17236 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17237 the computation is done for the current time zone.
17239 @xref{Reporting Bugs}, for the address of Calc's author, if you
17240 should wish to contribute your improved versions of
17241 @code{math-tzone-names} and @code{math-daylight-savings-hook}
17242 to the Calc distribution.
17244 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17245 @section Financial Functions
17247 @noindent
17248 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17249 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17250 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17252 Note that the rate and the number of intervals given to these
17253 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17254 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17255 in months will give you very wrong answers!
17257 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17258 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17259 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17260 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17262 @menu
17263 * Percentages::
17264 * Future Value::
17265 * Present Value::
17266 * Related Financial Functions::
17267 * Depreciation Functions::
17268 * Definitions of Financial Functions::
17269 @end menu
17271 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17272 @subsection Percentages
17274 @kindex M-%
17275 @pindex calc-percent
17276 @tindex %
17277 @tindex percent
17278 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17279 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17280 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17281 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17283 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17284 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17285 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17286 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17287 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17288 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17289 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17290 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17292 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17293 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17294 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17295 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17296 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17297 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17299 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17300 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17301 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17302 represents a rate of 540 percent!
17304 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17305 For example, @kbd{68 @key{RET} 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17306 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17308 @kindex c %
17309 @pindex calc-convert-percent
17310 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17311 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17312 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17313 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17314 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17315 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17316 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17318 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17319 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 @key{RET} 68 / c %}} displays
17320 @samp{25%}.
17322 @kindex b %
17323 @pindex calc-percent-change
17324 @tindex relch
17325 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17326 calculates the percentage change from one number to another.
17327 For example, @kbd{40 @key{RET} 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17328 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17329 decrease:  @kbd{50 @key{RET} 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17330 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17331 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17332 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17333 of @kbd{40 @key{RET} 50 b %} is to compute @expr{(50-40)/40}, converting
17334 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17336 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17337 @subsection Future Value
17339 @noindent
17340 @kindex b F
17341 @pindex calc-fin-fv
17342 @tindex fv
17343 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17344 the future value of an investment.  It takes three arguments
17345 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17346 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17347 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17348 year, then this function tells you what your investment would be
17349 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17350 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17351 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17352 occur at the @emph{end} of each interval.
17354 @kindex I b F
17355 @tindex fvb
17356 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17357 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17358 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17359 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17360 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17361 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17362 Using the stack, this calculation would have been
17363 @kbd{5.4 M-% 5 @key{RET} 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17364 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17366 @kindex H b F
17367 @tindex fvl
17368 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17369 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17370 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17371 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17373 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17374 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17375 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17376 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17377 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.
17379 To illustrate the relationships between these functions, we could
17380 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17381 final balance will be the sum of the contributions of our five
17382 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17383 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17384 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17385 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17386 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17387 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17388 by @code{fvb} directly.
17390 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17391 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17392 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17393 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17394 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17395 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @expr{5569.96 =
17396 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17398 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17399 @subsection Present Value
17401 @noindent
17402 @kindex b P
17403 @pindex calc-fin-pv
17404 @tindex pv
17405 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17406 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17407 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17408 It computes the present value of a series of regular payments.
17409 Suppose you have the chance to make an investment that will
17410 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17411 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17412 You want to know whether it is better to make the investment, or
17413 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17414 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17415 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17416 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17417 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17419 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17420 trying to compare the return from the investment you are
17421 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17422 the return from leaving the money in the bank, which is
17423 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17424 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17425 finds the break-even point, @expr{x = 6479.44}, at which
17426 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17427 the largest amount you should be willing to invest.
17429 @kindex I b P
17430 @tindex pvb
17431 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17432 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17433 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17434 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17435 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17436 earning interest on the return from our investment sooner.
17438 @kindex H b P
17439 @tindex pvl
17440 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17441 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17442 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17443 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17444 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17445 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17446 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17448 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17449 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17450 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17452 @kindex b N
17453 @pindex calc-fin-npv
17454 @tindex npv
17455 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17456 the net present value of a series of irregular investments.
17457 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17458 a vector which represents the expected return from the investment
17459 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17460 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17461 from the first year, second year, and so on.
17463 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17464 Obviously this function is more interesting when the payments are
17465 not all the same!
17467 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17468 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17469 vector statistical functions like @code{vsum}.
17470 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17471 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17472 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17473 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17474 payment values or vectors to take from the stack.
17476 @kindex I b N
17477 @tindex npvb
17478 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17479 value where payments occur at the beginning of each interval
17480 rather than at the end.
17482 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17483 @subsection Related Financial Functions
17485 @noindent
17486 The functions in this section are basically inverses of the
17487 present value functions with respect to the various arguments.
17489 @kindex b M
17490 @pindex calc-fin-pmt
17491 @tindex pmt
17492 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17493 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17494 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17495 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17496 @var{payment}) = @var{amount}}.
17498 @kindex I b M
17499 @tindex pmtb
17500 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17501 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17502 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17503 represents an initial lump-sum investment.
17505 @kindex H b M
17506 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17507 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17509 @kindex b #
17510 @pindex calc-fin-nper
17511 @tindex nper
17512 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17513 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17514 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17515 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17516 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17517 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17518 the @code{nper} function is left in symbolic form.
17520 @kindex I b #
17521 @tindex nperb
17522 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17523 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17524 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17525 rather slow in the four-argument case.
17527 @kindex H b #
17528 @tindex nperl
17529 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17530 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17531 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17532 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17533 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.
17535 @kindex b T
17536 @pindex calc-fin-rate
17537 @tindex rate
17538 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17539 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17540 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17541 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17542 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.
17544 @kindex I b T
17545 @kindex H b T
17546 @tindex rateb
17547 @tindex ratel
17548 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17549 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17550 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17551 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17552 To redo the above example from a different perspective,
17553 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17554 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.
17556 @kindex b I
17557 @pindex calc-fin-irr
17558 @tindex irr
17559 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17560 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17561 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17562 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17563 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17565 @kindex I b I
17566 @tindex irrb
17567 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17568 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17570 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17571 @subsection Depreciation Functions
17573 @noindent
17574 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17575 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17576 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17577 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17578 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17579 (or other periods) of the expected useful life.
17581 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17582 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17584 @kindex b S
17585 @pindex calc-fin-sln
17586 @tindex sln
17587 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17588 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17589 by the same amount every year (or period).  For example,
17590 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17591 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17592 per year.
17594 @kindex b Y
17595 @pindex calc-fin-syd
17596 @tindex syd
17597 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17598 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17599 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17600 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17601 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17602 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17603 return zero.
17605 @kindex b D
17606 @pindex calc-fin-ddb
17607 @tindex ddb
17608 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17609 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17610 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17612 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17613 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17614 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17616 For example, pushing the vector @expr{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17617 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17618 ddb(12000,2000,5,$)] @key{RET}} produces a matrix that allows us to compare
17619 the three depreciation methods:
17621 @example
17622 @group
17623 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17624   [ 2000, 2667, 2880 ]
17625   [ 2000, 2000, 1728 ]
17626   [ 2000, 1333,  592 ]
17627   [ 2000,  667,   0  ] ]
17628 @end group
17629 @end example
17631 @noindent
17632 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
17633 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
17634 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
17635 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
17637 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @expr{[10000, 10000, 10000]};
17638 the total depreciation in any method is (by definition) the
17639 difference between the cost and the salvage value.
17641 @node Definitions of Financial Functions,  , Depreciation Functions, Financial Functions
17642 @subsection Definitions
17644 @noindent
17645 For your reference, here are the actual formulas used to compute
17646 Calc's financial functions.
17648 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
17649 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
17650 be a variable.  Calc expands these functions according to the
17651 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
17652 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
17653 integrals or solving equations involving the functions.
17655 @ifnottex
17656 These formulas are shown using the conventions of Big display
17657 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
17658 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
17660 @example
17661                                         n
17662                               (1 + rate)  - 1
17663 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
17664                                    rate
17666                                          n
17667                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
17668 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
17669                                          rate
17671                                         n
17672 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17674                                             -n
17675                               1 - (1 + rate)
17676 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
17677                                     rate
17679                                              -n
17680                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17681 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
17682                                          rate
17684                                         -n
17685 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17687                                     -1               -2               -3
17688 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17690                                         -1               -2
17691 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17693                                              -n
17694                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17695 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
17696                                              -n
17697                                1 - (1 + rate)
17699                                              -n
17700                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17701 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
17702                                         -n
17703                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17705                                    amt * rate
17706 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
17707                                       pmt
17709                                     amt * rate
17710 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
17711                                   pmt * (1 + rate)
17713                               amt
17714 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
17715                               pmt
17717                            1/n
17718                         pmt
17719 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
17720                            1/n
17721                         amt
17723                         cost - salv
17724 sln(cost, salv, life) = -----------
17725                            life
17727                              (cost - salv) * (life - per + 1)
17728 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
17729                                   life * (life + 1) / 2
17731                              book * 2
17732 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
17733                                life
17734 @end example
17735 @end ifnottex
17736 @tex
17737 \turnoffactive
17738 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
17739 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
17740 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
17741 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
17742 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
17743 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
17744 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
17745 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
17746 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
17747 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
17748                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
17749 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
17750 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
17751 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
17752 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
17753 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
17754 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
17755 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
17756 @end tex
17758 @noindent
17759 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @expr{x=0} if omitted.
17761 These functions accept any numeric objects, including error forms,
17762 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
17763 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
17764 all sorts of inputs.
17766 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
17767 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
17768 returning a (financially meaningless) complex number.
17770 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
17771 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
17772 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
17773 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
17774 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
17775 directly; its formula is shown in the above list.
17777 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
17778 for @samp{rate}.
17780 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
17781 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
17782 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
17784 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
17785 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
17786 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
17788 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
17789 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
17790 formula for the specified number of periods.  If the book value
17791 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
17792 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
17793 function returns the amount the book value decreased in the specified
17794 period.
17796 @node Binary Functions,  , Financial Functions, Arithmetic
17797 @section Binary Number Functions
17799 @noindent
17800 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
17801 the @kbd{b} prefix.
17803 @cindex Binary numbers
17804 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
17805 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
17806 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
17807 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
17808 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
17810 @cindex Word size for binary operations
17811 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @expr{w}, an
17812 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
17813 of the binary operations described here operate modulo @expr{2^w}.  In
17814 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
17815 @expr{2^w} by all binary functions.
17817 If the word size is negative, binary operations produce 2's complement
17818 integers from 
17819 @texline @math{-2^{-w-1}}
17820 @infoline @expr{-(2^(-w-1))} 
17821 to 
17822 @texline @math{2^{-w-1}-1}
17823 @infoline @expr{2^(-w-1)-1} 
17824 inclusive.  Either mode accepts inputs in any range; the sign of
17825 @expr{w} affects only the results produced.
17827 @kindex b c
17828 @pindex calc-clip
17829 @tindex clip
17830 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
17831 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
17832 @expr{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
17833 their results to the current word size.  Note that other operations like
17834 addition do not use the current word size, since integer addition
17835 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
17836 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
17837 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
17838 size of @mathit{-8} @kbd{b c} converts to the range @mathit{-128} to 127.
17840 @kindex b w
17841 @pindex calc-word-size
17842 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
17843 rotates allow you to specify a different word size for that one
17844 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
17845 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
17846 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
17847 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
17848 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
17850 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
17851 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
17852 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
17853 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
17854 @mathit{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
17855 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
17856 integer-valued floats.
17858 If either or both arguments are modulo forms for which @expr{M} is a
17859 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
17860 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
17861 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
17863 @kindex b a
17864 @pindex calc-and
17865 @tindex and
17866 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
17867 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
17868 of the @expr{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
17869 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
17870 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
17872 @kindex b o
17873 @pindex calc-or
17874 @tindex or
17875 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
17876 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
17877 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
17879 @kindex b x
17880 @pindex calc-xor
17881 @tindex xor
17882 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
17883 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
17884 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
17886 @kindex b d
17887 @pindex calc-diff
17888 @tindex diff
17889 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
17890 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
17891 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
17893 @kindex b n
17894 @pindex calc-not
17895 @tindex not
17896 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
17897 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
17899 @kindex b l
17900 @pindex calc-lshift-binary
17901 @tindex lsh
17902 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
17903 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17904 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
17905 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
17906 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
17907 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
17909 @kindex H b l
17910 @kindex H b r
17911 @ignore
17912 @mindex @idots
17913 @end ignore
17914 @kindex H b L
17915 @ignore
17916 @mindex @null
17917 @end ignore
17918 @kindex H b R
17919 @ignore
17920 @mindex @null
17921 @end ignore
17922 @kindex H b t
17923 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
17924 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
17925 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
17926 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
17927 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
17929 @kindex b r
17930 @pindex calc-rshift-binary
17931 @tindex rsh
17932 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
17933 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17934 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
17936 @kindex b L
17937 @pindex calc-lshift-arith
17938 @tindex ash
17939 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
17940 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
17941 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
17942 is performed as described below.
17944 @kindex b R
17945 @pindex calc-rshift-arith
17946 @tindex rash
17947 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
17948 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
17949 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
17950 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
17951 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
17952 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
17953 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
17954 performs a standard left shift.
17956 @kindex b t
17957 @pindex calc-rotate-binary
17958 @tindex rot
17959 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
17960 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
17961 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
17962 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
17963 or right.
17965 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
17966 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
17967 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
17968 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
17969 bits in a binary integer.
17971 Another interesting use of the set representation of binary integers
17972 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
17973 unpack; type @kbd{31 @key{TAB} -} to replace each bit-number in the set
17974 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
17975 into a binary integer.
17977 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
17978 @chapter Scientific Functions
17980 @noindent
17981 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
17982 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
17983 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
17984 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
17986 @kindex P
17987 @pindex calc-pi
17988 @cindex @code{pi} variable
17989 @vindex pi
17990 @kindex H P
17991 @cindex @code{e} variable
17992 @vindex e
17993 @kindex I P
17994 @cindex @code{gamma} variable
17995 @vindex gamma
17996 @cindex Gamma constant, Euler's
17997 @cindex Euler's gamma constant
17998 @kindex H I P
17999 @cindex @code{phi} variable
18000 @cindex Phi, golden ratio
18001 @cindex Golden ratio
18002 One miscellaneous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
18003 the value of @cpi{} (at the current precision) onto the stack.  With the
18004 Hyperbolic flag, it pushes the value @expr{e}, the base of natural logarithms.
18005 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant 
18006 @texline @math{\gamma}
18007 @infoline @expr{gamma} 
18008 (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
18009 pushes the ``golden ratio'' 
18010 @texline @math{\phi}
18011 @infoline @expr{phi} 
18012 (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
18013 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
18014 In Symbolic mode, these commands push the
18015 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
18016 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.
18018 @ignore
18019 @mindex Q
18020 @end ignore
18021 @ignore
18022 @mindex I Q
18023 @end ignore
18024 @kindex I Q
18025 @tindex sqr
18026 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
18027 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
18028 computes the square of the argument.
18030 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
18031 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
18032 interpret a prefix argument.
18034 @menu
18035 * Logarithmic Functions::
18036 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
18037 * Advanced Math Functions::
18038 * Branch Cuts::
18039 * Random Numbers::
18040 * Combinatorial Functions::
18041 * Probability Distribution Functions::
18042 @end menu
18044 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
18045 @section Logarithmic Functions
18047 @noindent
18048 @kindex L
18049 @pindex calc-ln
18050 @tindex ln
18051 @ignore
18052 @mindex @null
18053 @end ignore
18054 @kindex I E
18055 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
18056 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
18057 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
18058 this is redundant with the @kbd{E} command.
18060 @kindex E
18061 @pindex calc-exp
18062 @tindex exp
18063 @ignore
18064 @mindex @null
18065 @end ignore
18066 @kindex I L
18067 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
18068 exponential, i.e., @expr{e} raised to the power of the number on the stack.
18069 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
18070 the @code{calc-ln} command.
18072 @kindex H L
18073 @kindex H E
18074 @pindex calc-log10
18075 @tindex log10
18076 @tindex exp10
18077 @ignore
18078 @mindex @null
18079 @end ignore
18080 @kindex H I L
18081 @ignore
18082 @mindex @null
18083 @end ignore
18084 @kindex H I E
18085 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18086 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18087 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18088 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18089 by 
18090 @texline @math{\ln10}.
18091 @infoline @expr{ln(10)}.
18093 @kindex B
18094 @kindex I B
18095 @pindex calc-log
18096 @tindex log
18097 @tindex alog
18098 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18099 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18100 @texline @math{2^{10} = 1024}.
18101 @infoline @expr{2^10 = 1024}.  
18102 In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18103 will be either @expr{1:2} or @expr{0.5} depending on the current Fraction
18104 mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18105 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18107 @kindex f I
18108 @pindex calc-ilog
18109 @tindex ilog
18110 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18111 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18112 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18113 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @expr{x} in the
18114 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18115 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18116 @samp{floor(log(x,b))}.
18118 @kindex f E
18119 @pindex calc-expm1
18120 @tindex expm1
18121 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18122 @texline @math{e^x - 1},
18123 @infoline @expr{exp(x)-1}, 
18124 but using an algorithm that produces a more accurate
18125 answer when the result is close to zero, i.e., when 
18126 @texline @math{e^x}
18127 @infoline @expr{exp(x)} 
18128 is close to one.
18130 @kindex f L
18131 @pindex calc-lnp1
18132 @tindex lnp1
18133 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18134 @texline @math{\ln(x+1)},
18135 @infoline @expr{ln(x+1)}, 
18136 producing a more accurate answer when @expr{x} is close to zero.
18138 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18139 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18141 @noindent
18142 @kindex S
18143 @pindex calc-sin
18144 @tindex sin
18145 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18146 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18147 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18148 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18149 on complex numbers.
18151 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18152 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18153 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18154 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18155 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18157 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18158 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18159 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command recognizes many such
18160 formulas when the current angular mode is Radians @emph{and} Symbolic
18161 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18162 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18163 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18164 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18165 the form @expr{x} plus a multiple of @cpiover{2} are also simplified.
18166 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.
18168 The @kbd{a s} command knows all angles which are integer multiples of
18169 @cpiover{12}, @cpiover{10}, or @cpiover{8} radians.  In Degrees mode,
18170 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18171 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18173 @kindex I S
18174 @pindex calc-arcsin
18175 @tindex arcsin
18176 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18177 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18178 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18179 notation depending on the current angular mode.
18181 @kindex H S
18182 @pindex calc-sinh
18183 @tindex sinh
18184 @kindex H I S
18185 @pindex calc-arcsinh
18186 @tindex arcsinh
18187 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18188 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18189 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18190 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18192 @kindex C
18193 @pindex calc-cos
18194 @tindex cos
18195 @ignore
18196 @mindex @idots
18197 @end ignore
18198 @kindex I C
18199 @pindex calc-arccos
18200 @ignore
18201 @mindex @null
18202 @end ignore
18203 @tindex arccos
18204 @ignore
18205 @mindex @null
18206 @end ignore
18207 @kindex H C
18208 @pindex calc-cosh
18209 @ignore
18210 @mindex @null
18211 @end ignore
18212 @tindex cosh
18213 @ignore
18214 @mindex @null
18215 @end ignore
18216 @kindex H I C
18217 @pindex calc-arccosh
18218 @ignore
18219 @mindex @null
18220 @end ignore
18221 @tindex arccosh
18222 @ignore
18223 @mindex @null
18224 @end ignore
18225 @kindex T
18226 @pindex calc-tan
18227 @ignore
18228 @mindex @null
18229 @end ignore
18230 @tindex tan
18231 @ignore
18232 @mindex @null
18233 @end ignore
18234 @kindex I T
18235 @pindex calc-arctan
18236 @ignore
18237 @mindex @null
18238 @end ignore
18239 @tindex arctan
18240 @ignore
18241 @mindex @null
18242 @end ignore
18243 @kindex H T
18244 @pindex calc-tanh
18245 @ignore
18246 @mindex @null
18247 @end ignore
18248 @tindex tanh
18249 @ignore
18250 @mindex @null
18251 @end ignore
18252 @kindex H I T
18253 @pindex calc-arctanh
18254 @ignore
18255 @mindex @null
18256 @end ignore
18257 @tindex arctanh
18258 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18259 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18260 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18261 variants of these functions.
18263 @kindex f T
18264 @pindex calc-arctan2
18265 @tindex arctan2
18266 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18267 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18268 result is in the full range from @mathit{-180} (exclusive) to @mathit{+180}
18269 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18270 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18271 value would only be in the range from @mathit{-90} to @mathit{+90} degrees
18272 since the division loses information about the signs of the two
18273 components, and an error might result from an explicit division by zero
18274 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18275 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18277 @pindex calc-sincos
18278 @ignore
18279 @starindex
18280 @end ignore
18281 @tindex sincos
18282 @ignore
18283 @starindex
18284 @end ignore
18285 @ignore
18286 @mindex arc@idots
18287 @end ignore
18288 @tindex arcsincos
18289 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18290 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18291 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18292 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18293 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18294 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)
18296 @pindex calc-sec
18297 @tindex sec
18298 @pindex calc-csc
18299 @tindex csc
18300 @pindex calc-cot
18301 @tindex cot
18302 @pindex calc-sech
18303 @tindex sech
18304 @pindex calc-csch
18305 @tindex csch
18306 @pindex calc-coth
18307 @tindex coth
18308 The remaining trigonometric functions, @code{calc-sec} [@code{sec}],
18309 @code{calc-csc} [@code{csc}] and @code{calc-sec} [@code{sec}], are also
18310 available.  With the Hyperbolic flag, these compute their hyperbolic
18311 counterparts, which are also available separately as @code{calc-sech}
18312 [@code{sech}], @code{calc-csch} [@code{csch}] and @code{calc-sech}
18313 [@code{sech}].  (These commmands do not accept the Inverse flag.)
18315 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18316 @section Advanced Mathematical Functions
18318 @noindent
18319 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18320 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18321 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18322 will work to arbitrarily large precisions.  They can not at present
18323 handle error forms or intervals as arguments.
18325 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18326 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18327 current precision comfortably higher than you actually need when
18328 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18329 slow for some values of the arguments.
18331 @kindex f g
18332 @pindex calc-gamma
18333 @tindex gamma
18334 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18335 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18336 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18337 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18338 integral:  
18339 @texline @math{\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt}.
18340 @infoline @expr{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.  
18341 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18343 @kindex f G
18344 @tindex gammaP
18345 @ignore
18346 @mindex @idots
18347 @end ignore
18348 @kindex I f G
18349 @ignore
18350 @mindex @null
18351 @end ignore
18352 @kindex H f G
18353 @ignore
18354 @mindex @null
18355 @end ignore
18356 @kindex H I f G
18357 @pindex calc-inc-gamma
18358 @ignore
18359 @mindex @null
18360 @end ignore
18361 @tindex gammaQ
18362 @ignore
18363 @mindex @null
18364 @end ignore
18365 @tindex gammag
18366 @ignore
18367 @mindex @null
18368 @end ignore
18369 @tindex gammaG
18370 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18371 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18372 the integral, 
18373 @texline @math{P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)}.
18374 @infoline @expr{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18375 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @expr{a} (see the
18376 definition of the normal gamma function).
18378 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18379 The complement of @expr{P(a,x)}, called @expr{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18380 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18381 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18382 @expr{x} to infinity.
18384 @ifnottex
18385 The functions corresponding to the integrals that define @expr{P(a,x)}
18386 and @expr{Q(a,x)} but without the normalizing @expr{1/gamma(a)}
18387 factor are called @expr{g(a,x)} and @expr{G(a,x)}, respectively
18388 (where @expr{g} and @expr{G} represent the lower- and upper-case Greek
18389 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18390 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18391 @end ifnottex
18392 @tex
18393 \turnoffactive
18394 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18395 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18396 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18397 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18398 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18399 @end tex
18401 @kindex f b
18402 @pindex calc-beta
18403 @tindex beta
18404 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18405 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18406 @texline @math{B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)},
18407 @infoline @expr{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)}, 
18408 or by
18409 @texline @math{B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt}.
18410 @infoline @expr{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18412 @kindex f B
18413 @kindex H f B
18414 @pindex calc-inc-beta
18415 @tindex betaI
18416 @tindex betaB
18417 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18418 the incomplete beta function @expr{I(x,a,b)}.  It is defined by
18419 @texline @math{I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)}.
18420 @infoline @expr{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18421 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18422 un-normalized version [@code{betaB}].
18424 @kindex f e
18425 @kindex I f e
18426 @pindex calc-erf
18427 @tindex erf
18428 @tindex erfc
18429 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18430 error function 
18431 @texline @math{\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt}.
18432 @infoline @expr{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18433 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18434 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18435 @texline @math{\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1}.
18436 @infoline @expr{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18438 @kindex f j
18439 @kindex f y
18440 @pindex calc-bessel-J
18441 @pindex calc-bessel-Y
18442 @tindex besJ
18443 @tindex besY
18444 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18445 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18446 functions of the first and second kinds, respectively.
18447 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18448 @expr{n} is often an integer, but is not required to be one.
18449 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18450 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18451 Use with care!
18453 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18454 @section Branch Cuts and Principal Values
18456 @noindent
18457 @cindex Branch cuts
18458 @cindex Principal values
18459 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18460 defined for complex numbers as well as for reals.
18461 This section describes the values
18462 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18463 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18464 second edition, in these matters.  This section will describe each
18465 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18466 diagrams), consult Steele's book.
18468 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18469 changed between the first and second editions of Steele.  Versions of
18470 Calc starting with 2.00 follow the second edition.
18472 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18473 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18474 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18475 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18476 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18477 or II and IV for @code{arctanh}.
18479 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18480 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18481 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18482 and wait a while to get suitable answers from them.
18484 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @expr{a<0} and @expr{b} is small but positive
18485 or zero, the result is close to the @expr{+i} axis.  For @expr{b} small and
18486 negative, the result is close to the @expr{-i} axis.  The result always lies
18487 in the right half of the complex plane.
18489 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18490 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18491 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18492 negative real axis.
18494 The following table describes these branch cuts in another way.
18495 If the real and imaginary parts of @expr{z} are as shown, then
18496 the real and imaginary parts of @expr{f(z)} will be as shown.
18497 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18498 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18500 @smallexample
18501      z           sqrt(z)       ln(z)
18502 ----------------------------------------
18503    +,   0         +,  0       any, 0
18504    -,   0         0,  +       any, pi
18505    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18506    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18507 @end smallexample
18509 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18510 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18511 not evaluate to @mathit{-2} as you might expect, but to the complex
18512 number @expr{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18513 of @mathit{-8} (as is @expr{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18514 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18516 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18517 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18519 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18520 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18521 the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18523 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18524 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18525 imaginary axis, below @expr{-i} and above @expr{i}.
18527 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18528 The branch cuts are on the imaginary axis, below @expr{-i} and
18529 above @expr{i}.
18531 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18532 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18533 real axis less than 1.
18535 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18536 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18538 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18539 @code{arctan} assume the current angular mode is Radians.  The
18540 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18542 @smallexample
18543        z             arcsin(z)            arccos(z)
18544 -------------------------------------------------------
18545  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18546  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18547  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18548    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18549    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18550    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18551     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18552     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18553     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18554 @end smallexample
18556 @smallexample
18557        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18558 -----------------------------------------------------
18559  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18560  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18561  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18562    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18563    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18564    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18565     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18566     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18567     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18568 @end smallexample
18570 @smallexample
18571        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18572 -----------------------------------------------------
18573    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18574    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18575  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18576  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18577    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18578  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18579  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18580 @end smallexample
18582 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18583 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18584 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18586 @smallexample
18587 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18588 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18589 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18590 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18591 @end smallexample
18593 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18594 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18595 are not rigorously specified at present.
18597 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18598 @section Random Numbers
18600 @noindent
18601 @kindex k r
18602 @pindex calc-random
18603 @tindex random
18604 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18605 random numbers of various sorts.
18607 Given a positive numeric prefix argument @expr{M}, it produces a random
18608 integer @expr{N} in the range 
18609 @texline @math{0 \le N < M}.
18610 @infoline @expr{0 <= N < M}.  
18611 Each of the @expr{M} values appears with equal probability.
18613 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18614 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @expr{M}
18615 the result is a random integer less than @expr{M}.  However, note that
18616 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @expr{M}
18617 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @expr{M} is negative,
18618 the result is a random integer in the range 
18619 @texline @math{M < N \le 0}.
18620 @infoline @expr{M < N <= 0}.
18622 If the value on the stack is a floating-point number @expr{M}, the result
18623 is a random floating-point number @expr{N} in the range 
18624 @texline @math{0 \le N < M}
18625 @infoline @expr{0 <= N < M}
18626 or 
18627 @texline @math{M < N \le 0},
18628 @infoline @expr{M < N <= 0}, 
18629 according to the sign of @expr{M}.
18631 If @expr{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
18632 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
18633 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
18634 every other call to this function will be especially fast.
18636 If @expr{M} is an error form 
18637 @texline @math{m} @code{+/-} @math{\sigma}
18638 @infoline @samp{m +/- s} 
18639 where @var{m} and 
18640 @texline @math{\sigma}
18641 @infoline @var{s} 
18642 are both real numbers, the result uses a Gaussian distribution with mean
18643 @var{m} and standard deviation 
18644 @texline @math{\sigma}.
18645 @infoline @var{s}.
18647 If @expr{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
18648 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
18649 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
18650 is floating-point, the result is a random real number in the specified
18651 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
18652 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
18653 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
18654 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
18655 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
18656 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
18657 extremely small.)
18659 If @expr{M} is a vector, the result is one element taken at random from
18660 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
18662 @vindex RandSeed
18663 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
18664 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
18665 the current time and other information.  You can get a reproducible
18666 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
18667 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
18668 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
18669 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
18670 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
18671 from the current time.  If you store the same integer that you used
18672 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
18673 of random numbers as before.
18675 @pindex calc-rrandom
18676 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
18677 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
18679 @kindex k a
18680 @pindex calc-random-again
18681 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
18682 number, re-using the most recent value of @expr{M}.  With a numeric
18683 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
18684 that value of @expr{M}.
18686 @kindex k h
18687 @pindex calc-shuffle
18688 @tindex shuffle
18689 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
18690 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
18691 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
18692 of the @expr{M} formats described above.  The numeric prefix argument
18693 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
18694 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
18695 stack, and @expr{M} from second-to-top.)
18697 If @expr{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
18698 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
18699 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
18700 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
18701 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
18702 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
18703 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
18704 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
18705 If @expr{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
18706 than once, but if several elements of @expr{M} are equal, they may
18707 each make it into the result vector.)
18709 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
18710 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
18711 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
18712 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
18713 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
18714 by @expr{M}.  Naturally, this is allowed only when @expr{M} specifies
18715 a small discrete set of possibilities.
18717 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
18718 given @expr{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
18719 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @expr{M}, then use
18720 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
18721 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
18723 @menu
18724 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
18725 @end menu
18727 @node Random Number Generator,  , Random Numbers, Random Numbers
18728 @subsection Random Number Generator
18730 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
18731 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
18732 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
18733 of the theory of random number generators and their measurement and
18734 characterization.
18736 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs' built-in
18737 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
18738 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
18739 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
18741 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
18742 the low-level random sequence using the time of day, so that the
18743 random number sequence will be different every time you use Calc.
18745 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
18746 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
18747 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
18748 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
18749 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
18750 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
18751 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
18752 generators that are typically used to implement @code{random}.
18754 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
18755 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
18756 computing 
18757 @texline @math{X_{n-55} - X_{n-24}}.
18758 @infoline @expr{X_n-55 - X_n-24}).  
18759 This method expands the seed
18760 value into a large table which is maintained internally; the variable
18761 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @expr{[42]}
18762 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
18763 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
18764 continue to use the same internal table as last time.  There is no
18765 way to extract the complete state of the random number generator
18766 so that you can restart it from any point; you can only restart it
18767 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
18768 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
18769 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
18770 to reseed the generator with that number.
18772 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
18773 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
18774 to generate a new random number, it uses the previous number to
18775 index into the table, picks the value it finds there as the new
18776 random number, then replaces that table entry with a new value
18777 obtained from a call to the base random number generator (either
18778 the additive congruential generator or the @code{random} function
18779 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
18780 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
18781 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
18782 damage its randomness.
18784 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
18785 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
18786 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
18787 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
18788 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
18789 value.
18791 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
18792 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
18793 @texline @math{10^{-p}}.
18794 @infoline @expr{10^-p}.  
18795 The resulting random numbers should be very clean, but note
18796 that relatively small numbers will have few significant random digits.
18797 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
18798 numbers on the order of 
18799 @texline @math{10^{-9}}
18800 @infoline @expr{10^-9} 
18801 or 
18802 @texline @math{10^{-10}},
18803 @infoline @expr{10^-10}, 
18804 but those numbers will only have two or three random digits since they
18805 correspond to small integers times 
18806 @texline @math{10^{-12}}.
18807 @infoline @expr{10^-12}.
18809 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
18810 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
18811 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
18812 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
18813 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
18814 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
18815 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
18816 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
18817 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
18818 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
18820 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
18821 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C.  This method
18822 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
18823 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
18825 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
18826 @section Combinatorial Functions
18828 @noindent
18829 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
18830 @kbd{k} key prefix.
18832 @kindex k g
18833 @pindex calc-gcd
18834 @tindex gcd
18835 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
18836 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
18837 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
18838 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
18839 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
18840 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
18841 the operation is left in symbolic form.
18843 @kindex k l
18844 @pindex calc-lcm
18845 @tindex lcm
18846 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
18847 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
18848 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
18849 numbers.
18851 @kindex k E
18852 @pindex calc-extended-gcd
18853 @tindex egcd
18854 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
18855 the GCD of two integers @expr{x} and @expr{y} and returns a vector
18856 @expr{[g, a, b]} where 
18857 @texline @math{g = \gcd(x,y) = a x + b y}.
18858 @infoline @expr{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
18860 @kindex !
18861 @pindex calc-factorial
18862 @tindex fact
18863 @ignore
18864 @mindex @null
18865 @end ignore
18866 @tindex !
18867 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
18868 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
18869 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
18870 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
18871 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
18872 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
18873 large factorials can be slow; using floating-point format will help
18874 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
18875 the commands in this section.
18877 @kindex k d
18878 @pindex calc-double-factorial
18879 @tindex dfact
18880 @ignore
18881 @mindex @null
18882 @end ignore
18883 @tindex !!
18884 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
18885 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
18886 this is the product of even integers from 2 to @expr{N}.  For an odd
18887 integer, this is the product of odd integers from 3 to @expr{N}.  If
18888 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
18889 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
18890 The notation @expr{N!!} is also recognized for double factorials.
18892 @kindex k c
18893 @pindex calc-choose
18894 @tindex choose
18895 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
18896 binomial coefficient @expr{N}-choose-@expr{M}, where @expr{M} is the number
18897 on the top of the stack and @expr{N} is second-to-top.  If both arguments
18898 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
18899 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
18900 real numbers by
18901 @texline @math{N! \over M! (N-M)!\,}.
18902 @infoline @expr{N! / M! (N-M)!}.
18904 @kindex H k c
18905 @pindex calc-perm
18906 @tindex perm
18907 @ifnottex
18908 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
18909 number-of-permutations function @expr{N! / (N-M)!}.
18910 @end ifnottex
18911 @tex
18912 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
18913 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
18914 @end tex
18916 @kindex k b
18917 @kindex H k b
18918 @pindex calc-bernoulli-number
18919 @tindex bern
18920 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
18921 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
18922 is a nonnegative integer @expr{n} that specifies which Bernoulli number
18923 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
18924 taking @expr{n} from the second-to-top position and @expr{x} from the
18925 top of the stack.  If @expr{x} is a variable or formula the result is
18926 a polynomial in @expr{x}; if @expr{x} is a number the result is a number.
18928 @kindex k e
18929 @kindex H k e
18930 @pindex calc-euler-number
18931 @tindex euler
18932 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
18933 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
18934 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
18935 functions.
18937 @kindex k s
18938 @kindex H k s
18939 @pindex calc-stirling-number
18940 @tindex stir1
18941 @tindex stir2
18942 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
18943 computes a Stirling number of the first 
18944 @texline kind@tie{}@math{n \brack m},
18945 @infoline kind,
18946 given two integers @expr{n} and @expr{m} on the stack.  The @kbd{H k s}
18947 [@code{stir2}] command computes a Stirling number of the second 
18948 @texline kind@tie{}@math{n \brace m}.
18949 @infoline kind.
18950 These are the number of @expr{m}-cycle permutations of @expr{n} objects,
18951 and the number of ways to partition @expr{n} objects into @expr{m}
18952 non-empty sets, respectively.
18954 @kindex k p
18955 @pindex calc-prime-test
18956 @cindex Primes
18957 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
18958 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
18959 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
18960 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
18961 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
18962 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
18963 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
18964 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
18965 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
18966 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
18967 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
18968 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
18969 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
18971 @ignore
18972 @starindex
18973 @end ignore
18974 @tindex prime
18975 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
18976 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
18977 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
18978 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
18979 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @expr{n}
18980 is (probably) prime and 0 if not.
18982 @kindex k f
18983 @pindex calc-prime-factors
18984 @tindex prfac
18985 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
18986 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
18987 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
18988 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
18989 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
18990 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
18991 million (with a warning message).  For negative integers, the first
18992 element of the list will be @mathit{-1}.  For inputs @mathit{-1}, @mathit{0}, and
18993 @mathit{1}, the result is a list of the same number.
18995 @kindex k n
18996 @pindex calc-next-prime
18997 @ignore
18998 @mindex nextpr@idots
18999 @end ignore
19000 @tindex nextprime
19001 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
19002 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
19003 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
19004 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
19005 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
19006 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
19007 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
19008 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
19009 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
19010 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
19011 prime.
19013 @kindex I k n
19014 @pindex calc-prev-prime
19015 @ignore
19016 @mindex prevpr@idots
19017 @end ignore
19018 @tindex prevprime
19019 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
19020 analogously finds the next prime less than a given number.
19022 @kindex k t
19023 @pindex calc-totient
19024 @tindex totient
19025 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
19026 Euler ``totient'' 
19027 @texline function@tie{}@math{\phi(n)},
19028 @infoline function,
19029 the number of integers less than @expr{n} which
19030 are relatively prime to @expr{n}.
19032 @kindex k m
19033 @pindex calc-moebius
19034 @tindex moebius
19035 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
19036 @texline M@"obius @math{\mu}
19037 @infoline Moebius ``mu''
19038 function.  If the input number is a product of @expr{k}
19039 distinct factors, this is @expr{(-1)^k}.  If the input number has any
19040 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
19041 the result is zero.
19043 @node Probability Distribution Functions,  , Combinatorial Functions, Scientific Functions
19044 @section Probability Distribution Functions
19046 @noindent
19047 The functions in this section compute various probability distributions.
19048 For continuous distributions, this is the integral of the probability
19049 density function from @expr{x} to infinity.  (These are the ``upper
19050 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
19051 tail'' functions which integrate from minus infinity to @expr{x}.)
19052 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
19053 from @expr{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
19054 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@expr{x}.
19056 To integrate from @expr{x} to @expr{y}, just use the distribution
19057 function twice and subtract.  For example, the probability that a
19058 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
19059 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
19060 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
19061 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
19063 @kindex k B
19064 @kindex I k B
19065 @pindex calc-utpb
19066 @tindex utpb
19067 @tindex ltpb
19068 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
19069 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
19070 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
19071 probability that an event will occur @var{x} or more times out
19072 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
19073 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
19074 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
19076 The other probability distribution functions similarly take the
19077 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
19078 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
19079 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
19080 the random variable first, then whatever other parameters define the
19081 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
19082 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
19083 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
19084 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
19085 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
19086 recover the original arguments but substitute a new value for @expr{x}.)
19088 @kindex k C
19089 @pindex calc-utpc
19090 @tindex utpc
19091 @ignore
19092 @mindex @idots
19093 @end ignore
19094 @kindex I k C
19095 @ignore
19096 @mindex @null
19097 @end ignore
19098 @tindex ltpc
19099 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
19100 @texline @math{\nu}
19101 @infoline @expr{v} 
19102 degrees of freedom.  It is the probability that a model is
19103 correct if its chi-square statistic is @expr{x}.
19105 @kindex k F
19106 @pindex calc-utpf
19107 @tindex utpf
19108 @ignore
19109 @mindex @idots
19110 @end ignore
19111 @kindex I k F
19112 @ignore
19113 @mindex @null
19114 @end ignore
19115 @tindex ltpf
19116 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
19117 various statistical tests.  The parameters 
19118 @texline @math{\nu_1}
19119 @infoline @expr{v1} 
19120 and 
19121 @texline @math{\nu_2}
19122 @infoline @expr{v2}
19123 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
19124 respectively, used in computing the statistic @expr{F}.
19126 @kindex k N
19127 @pindex calc-utpn
19128 @tindex utpn
19129 @ignore
19130 @mindex @idots
19131 @end ignore
19132 @kindex I k N
19133 @ignore
19134 @mindex @null
19135 @end ignore
19136 @tindex ltpn
19137 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
19138 with mean @expr{m} and standard deviation 
19139 @texline @math{\sigma}.
19140 @infoline @expr{s}.  
19141 It is the probability that such a normal-distributed random variable
19142 would exceed @expr{x}.
19144 @kindex k P
19145 @pindex calc-utpp
19146 @tindex utpp
19147 @ignore
19148 @mindex @idots
19149 @end ignore
19150 @kindex I k P
19151 @ignore
19152 @mindex @null
19153 @end ignore
19154 @tindex ltpp
19155 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
19156 mean @expr{x}.  It is the probability that @expr{n} or more such
19157 Poisson random events will occur.
19159 @kindex k T
19160 @pindex calc-ltpt
19161 @tindex utpt
19162 @ignore
19163 @mindex @idots
19164 @end ignore
19165 @kindex I k T
19166 @ignore
19167 @mindex @null
19168 @end ignore
19169 @tindex ltpt
19170 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
19171 with 
19172 @texline @math{\nu}
19173 @infoline @expr{v} 
19174 degrees of freedom.  It is the probability that a
19175 t-distributed random variable will be greater than @expr{t}.
19176 (Note:  This computes the distribution function 
19177 @texline @math{A(t|\nu)}
19178 @infoline @expr{A(t|v)}
19179 where 
19180 @texline @math{A(0|\nu) = 1}
19181 @infoline @expr{A(0|v) = 1} 
19182 and 
19183 @texline @math{A(\infty|\nu) \to 0}.
19184 @infoline @expr{A(inf|v) -> 0}.  
19185 The @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition which
19186 returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
19188 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
19189 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
19190 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
19191 to be able to find a solution given any initial guess.
19192 @xref{Numerical Solutions}.
19194 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
19195 @chapter Vector/Matrix Functions
19197 @noindent
19198 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
19199 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
19200 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
19201 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
19202 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
19204 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
19205 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
19206 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
19207 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
19208 vector of matrices, and so on.)
19210 @menu
19211 * Packing and Unpacking::
19212 * Building Vectors::
19213 * Extracting Elements::
19214 * Manipulating Vectors::
19215 * Vector and Matrix Arithmetic::
19216 * Set Operations::
19217 * Statistical Operations::
19218 * Reducing and Mapping::
19219 * Vector and Matrix Formats::
19220 @end menu
19222 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19223 @section Packing and Unpacking
19225 @noindent
19226 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19227 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19228 described in this chapter because they are most often used to build
19229 vectors.
19231 @kindex v p
19232 @pindex calc-pack
19233 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19234 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19235 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19236 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19237 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19238 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19239 five stack elements and push back a single vector of those five
19240 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19242 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19243 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19244 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19245 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19247 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19249 @table @cite
19250 @item -1
19251 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19252 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19253 @expr{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19254 number.  The two input values must both be real numbers,
19255 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19256 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19257 other packing modes also create a symbolic answer if the
19258 components are not suitable.)
19260 @item -2
19261 Two values are collected to build a polar complex number.
19262 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19263 in either degrees or radians according to the current angular
19264 mode.
19266 @item -3
19267 Three values are collected into an HMS form.  The first
19268 two values (hours and minutes) must be integers or
19269 integer-valued floats.  The third value may be any real
19270 number.
19272 @item -4
19273 Two values are collected into an error form.  The inputs
19274 may be real numbers or formulas.
19276 @item -5
19277 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19278 must be real numbers.
19280 @item -6
19281 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19282 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19284 @item -7
19285 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19287 @item -8
19288 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19290 @item -9
19291 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19293 @item -10
19294 Two integer values are collected into a fraction.
19296 @item -11
19297 Two values are collected into a floating-point number.
19298 The first is the mantissa; the second, which must be an
19299 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19300 times ten to the power of the exponent.
19302 @item -12
19303 This is treated the same as @mathit{-11} by the @kbd{v p} command.
19304 When unpacking, @mathit{-12} specifies that a floating-point mantissa
19305 is desired.
19307 @item -13
19308 A real number is converted into a date form.
19310 @item -14
19311 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19313 @item -15
19314 Six numbers are packed into a date/time form.
19315 @end table
19317 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19318 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19319 length, the result is another vector made by packing corresponding
19320 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19321 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19322 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19323 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19324 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19325 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19326 numbers modulo @var{M}.
19328 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19329 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19330 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19331 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19332 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19334 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19335 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19336 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19337 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19338 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19340 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19341 packing are done at that level as described above.  For
19342 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19343 @texline @math{2\times3}
19344 @infoline 2x3
19345 matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19346 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19347 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19349 @ignore
19350 @starindex
19351 @end ignore
19352 @tindex pack
19353 There is an equivalent algebraic function,
19354 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19355 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19356 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19357 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19358 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19359 left in symbolic form if the packing mode is invalid, or if the
19360 number of data items does not match the number of items required
19361 by the mode.
19363 @kindex v u
19364 @pindex calc-unpack
19365 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19366 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19367 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19368 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19369 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19370 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19372 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19373 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19374 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19375 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19376 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19377 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19378 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19380 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19381 not a vector.  For example, if the input is the number @mathit{-5}, then
19382 @kbd{c-u -1 v u} yields @mathit{-5} and 0 (the components of @mathit{-5}
19383 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19384 and 180 (assuming Degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @mathit{-5}
19385 and 1 (the numerator and denominator of @mathit{-5}, viewed as a rational
19386 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19387 is not a composite object.
19389 Unpacking mode @mathit{-11} converts a float into an integer mantissa and
19390 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19391 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19392 Unpacking mode @mathit{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19393 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19394 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19395 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19396 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19398 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19399 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19400 except that in addition to the components of the input object,
19401 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19402 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19403 original object.
19405 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19406 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19407 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19408 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19410 @ignore
19411 @starindex
19412 @end ignore
19413 @tindex unpack
19414 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19415 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19416 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19417 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19418 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19419 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19421 @ignore
19422 @starindex
19423 @end ignore
19424 @tindex unpackt
19425 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19426 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19427 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19428 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19429 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19430 The identity for re-building the original object is
19431 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19432 @code{apply} function builds a function call given the function
19433 name and a vector of arguments.)
19435 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19436 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19437 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19438 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19440 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19441 @section Building Vectors
19443 @noindent
19444 Vectors and matrices can be added,
19445 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.
19447 @kindex |
19448 @pindex calc-concat
19449 @ignore
19450 @mindex @null
19451 @end ignore
19452 @tindex |
19453 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) [@code{vconcat}] command ``concatenates'' two vectors
19454 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19455 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19456 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19457 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19458 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19460 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19461 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19462 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19463 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19464 one-row matrix.
19466 @kindex H |
19467 @tindex append
19468 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19469 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19470 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19471 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19472 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19474 @kindex I |
19475 @kindex H I |
19476 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19477 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19478 to @kbd{@key{TAB} |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19480 @kindex v d
19481 @pindex calc-diag
19482 @tindex diag
19483 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19484 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19485 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19486 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19487 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19488 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19489 the prefix argument is required.
19491 To build a constant square matrix, e.g., a 
19492 @texline @math{3\times3}
19493 @infoline 3x3
19494 matrix filled with ones, use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero
19495 matrix first and then add a constant value to that matrix.  (Another
19496 alternative would be to use @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19498 @kindex v i
19499 @pindex calc-ident
19500 @tindex idn
19501 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19502 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19503 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19504 this command prompts for one.
19506 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19507 except that @expr{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19508 If @expr{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @expr{a} times an
19509 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19510 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19511 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19512 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19513 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19514 Note that in dimensioned Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19515 identity matrices are immediately expanded to the current default
19516 dimensions.
19518 @kindex v x
19519 @pindex calc-index
19520 @tindex index
19521 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19522 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19523 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19524 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19525 is a vector of negative integers from @var{n} to @mathit{-1}.
19527 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19528 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19529 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19530 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19531 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19532 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19533 of numbers or formulas.
19535 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19536 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19537 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19538 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19539 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19540 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19542 @kindex v b
19543 @pindex calc-build-vector
19544 @tindex cvec
19545 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19546 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19547 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19548 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19549 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19550 to build a matrix of copies of that row.)
19552 @kindex v h
19553 @kindex I v h
19554 @pindex calc-head
19555 @pindex calc-tail
19556 @tindex head
19557 @tindex tail
19558 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19559 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19560 function returns the vector with its first element removed.  In both
19561 cases, the argument must be a non-empty vector.
19563 @kindex v k
19564 @pindex calc-cons
19565 @tindex cons
19566 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19567 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19568 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19569 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19570 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19572 @kindex H v h
19573 @tindex rhead
19574 @ignore
19575 @mindex @idots
19576 @end ignore
19577 @kindex H I v h
19578 @ignore
19579 @mindex @null
19580 @end ignore
19581 @kindex H v k
19582 @ignore
19583 @mindex @null
19584 @end ignore
19585 @tindex rtail
19586 @ignore
19587 @mindex @null
19588 @end ignore
19589 @tindex rcons
19590 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19591 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19592 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19593 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19594 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19595 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19596 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19598 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19599 @section Extracting Vector Elements
19601 @noindent
19602 @kindex v r
19603 @pindex calc-mrow
19604 @tindex mrow
19605 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19606 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19607 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19608 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19609 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19610 form of a vector or scalar, respectively.
19612 @cindex Permutations, applying
19613 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19614 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19615 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19616 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19617 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19618 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19620 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19621 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19622 submatrix is returned.
19624 @cindex Subscript notation
19625 @kindex a _
19626 @pindex calc-subscript
19627 @tindex subscr
19628 @tindex _
19629 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19630 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19631 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @expr{x}, @expr{y}, or @expr{z} if
19632 @expr{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
19633 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
19634 access the element at row @expr{i}, column @expr{j} of a matrix.
19635 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
19636 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
19637 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
19638 purely as an algebraic notation.)
19640 @tindex mrrow
19641 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
19642 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
19643 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
19644 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
19645 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
19647 @tindex getdiag
19648 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
19649 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
19650 function is called @code{getdiag}.
19652 @kindex v c
19653 @pindex calc-mcol
19654 @tindex mcol
19655 @tindex mrcol
19656 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
19657 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
19658 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
19659 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
19660 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
19661 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).
19663 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
19664 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
19665 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
19666 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @expr{i}, column @expr{j}
19667 of matrix @expr{m}.
19669 @kindex v s
19670 @pindex calc-subvector
19671 @tindex subvec
19672 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
19673 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
19674 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
19675 position.  The starting index indicates the first element of the vector
19676 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
19677 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
19678 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
19679 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
19681 If either the start or the end index is zero or negative, it is
19682 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
19683 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
19684 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
19685 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
19686 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
19687 has this effect when used as the ending index.
19689 @kindex I v s
19690 @tindex rsubvec
19691 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
19692 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
19693 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
19694 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
19695 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
19697 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
19698 vectors one element at a time.
19700 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
19701 @section Manipulating Vectors
19703 @noindent
19704 @kindex v l
19705 @pindex calc-vlength
19706 @tindex vlen
19707 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
19708 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
19709 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
19710 command.
19712 @kindex H v l
19713 @tindex mdims
19714 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
19715 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
19716 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
19717 its argument is a 
19718 @texline @math{2\times3}
19719 @infoline 2x3
19720 matrix.
19722 @kindex v f
19723 @pindex calc-vector-find
19724 @tindex find
19725 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
19726 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
19727 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
19728 If a match is found, the result is the index of the matching element.
19729 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
19730 allows you to select any starting index for the search.
19732 @kindex v a
19733 @pindex calc-arrange-vector
19734 @tindex arrange
19735 @cindex Arranging a matrix
19736 @cindex Reshaping a matrix
19737 @cindex Flattening a matrix
19738 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
19739 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
19740 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
19741 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
19742 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
19743 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
19744 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
19745 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
19746 in the vector, the last row will be short and the result will not be
19747 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
19748 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
19749 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a 
19750 @texline @math{1\times4}
19751 @infoline 1x4
19752 matrix), @kbd{v a 1} produces @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a 
19753 @texline @math{4\times1}
19754 @infoline 4x1
19755 matrix), @kbd{v a 2} produces @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original 
19756 @texline @math{2\times2}
19757 @infoline 2x2
19758 matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a
19759 matrix), and @kbd{v a 0} produces the flattened list 
19760 @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
19762 @cindex Sorting data
19763 @kindex V S
19764 @kindex I V S
19765 @pindex calc-sort
19766 @tindex sort
19767 @tindex rsort
19768 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
19769 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
19770 constant interval forms come first in this ordering; next come other
19771 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
19772 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
19773 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
19774 one vector is less or greater than another if the first corresponding
19775 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
19776 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
19777 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
19778 alphabetical order by this command.
19780 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
19782 @cindex Permutation, inverse of
19783 @cindex Inverse of permutation
19784 @cindex Index tables
19785 @cindex Rank tables
19786 @kindex V G
19787 @kindex I V G
19788 @pindex calc-grade
19789 @tindex grade
19790 @tindex rgrade
19791 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
19792 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
19793 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
19794 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
19795 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
19796 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
19797 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
19798 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
19799 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
19800 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
19801 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
19802 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
19803 table, just use @kbd{V G V G}.
19805 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
19806 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
19807 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
19808 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
19809 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
19810 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
19811 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
19812 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
19813 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
19814 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
19815 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
19817 @cindex Histograms
19818 @kindex V H
19819 @pindex calc-histogram
19820 @ignore
19821 @mindex histo@idots
19822 @end ignore
19823 @tindex histogram
19824 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
19825 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
19826 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
19827 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
19828 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
19829 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
19830 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
19831 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
19832 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
19833 input vector.)
19835 @kindex H V H
19836 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
19837 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
19838 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
19839 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
19840 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
19841 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
19843 @kindex v t
19844 @pindex calc-transpose
19845 @tindex trn
19846 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
19847 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
19848 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
19849 a one-column matrix.
19851 @kindex v v
19852 @pindex calc-reverse-vector
19853 @tindex rev
19854 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{rev}] command reverses
19855 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
19856 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
19857 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
19858 a matrix.)
19860 @kindex v m
19861 @pindex calc-mask-vector
19862 @tindex vmask
19863 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
19864 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
19865 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
19866 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
19867 the same as the target vector, but with all elements which correspond
19868 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
19869 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
19870 @xref{Logical Operations}.
19872 @kindex v e
19873 @pindex calc-expand-vector
19874 @tindex vexp
19875 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
19876 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
19877 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
19878 by successive elements from the target vector.  The length of the target
19879 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
19880 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
19881 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
19882 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
19883 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
19885 @kindex H v e
19886 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
19887 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
19888 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
19889 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
19890 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
19891 then successive values are taken from it, so that the effect is to
19892 interleave two vectors according to the mask:
19893 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
19894 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
19896 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
19897 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
19898 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
19899 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
19900 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
19901 masking using vectors.
19903 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
19904 @section Vector and Matrix Arithmetic
19906 @noindent
19907 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
19908 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
19909 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
19910 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
19911 @xref{Basic Arithmetic}.
19913 The following functions are applied element-wise if their arguments are
19914 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
19915 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
19916 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.
19918 @kindex V J
19919 @pindex calc-conj-transpose
19920 @tindex ctrn
19921 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
19922 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
19924 @ignore
19925 @mindex A
19926 @end ignore
19927 @kindex A (vectors)
19928 @pindex calc-abs (vectors)
19929 @ignore
19930 @mindex abs
19931 @end ignore
19932 @tindex abs (vectors)
19933 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
19934 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
19935 root of the sum of the squares of the absolute values of the
19936 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
19937 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
19938 from that point to the origin.
19940 @kindex v n
19941 @pindex calc-rnorm
19942 @tindex rnorm
19943 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes
19944 the row norm, or infinity-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19945 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.
19946 For a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums,
19947 i.e., of the sums of the absolute values of the elements along the
19948 various rows.
19950 @kindex V N
19951 @pindex calc-cnorm
19952 @tindex cnorm
19953 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
19954 the column norm, or one-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19955 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
19956 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
19957 General @expr{k}-norms for @expr{k} other than one or infinity are
19958 not provided.
19960 @kindex V C
19961 @pindex calc-cross
19962 @tindex cross
19963 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
19964 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
19965 exactly three elements.
19967 @ignore
19968 @mindex &
19969 @end ignore
19970 @kindex & (matrices)
19971 @pindex calc-inv (matrices)
19972 @ignore
19973 @mindex inv
19974 @end ignore
19975 @tindex inv (matrices)
19976 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
19977 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
19978 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
19979 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
19980 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
19981 quickly in the future.
19983 If the argument to @kbd{&} is a plain number @expr{x}, this
19984 command simply computes @expr{1/x}.  This is okay, because the
19985 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
19986 by a matrix.
19988 @kindex V D
19989 @pindex calc-mdet
19990 @tindex det
19991 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
19992 determinant of a square matrix.
19994 @kindex V L
19995 @pindex calc-mlud
19996 @tindex lud
19997 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
19998 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
19999 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
20000 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
20001 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
20002 and the third is upper-triangular.
20004 @kindex V T
20005 @pindex calc-mtrace
20006 @tindex tr
20007 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
20008 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
20009 elements of the matrix.
20011 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
20012 @section Set Operations using Vectors
20014 @noindent
20015 @cindex Sets, as vectors
20016 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
20017 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
20018 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
20019 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
20020 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
20021 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
20022 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
20023 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
20024 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
20025 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
20026 the variables @samp{a} and @samp{b} both equaled 17, you might
20027 expect the answer @samp{[]}.
20029 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
20030 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
20031 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
20032 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
20033 there are variables or other non-real objects present in a real set,
20034 all set operations on it will be left in unevaluated form.
20036 If the input to a set operation is a plain number or interval form
20037 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
20038 The result is always a vector, except that if the set consists of a
20039 single interval, the interval itself is returned instead.
20041 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
20042 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @expr{A}
20043 is a subset of the set @expr{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
20045 @kindex V +
20046 @pindex calc-remove-duplicates
20047 @tindex rdup
20048 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
20049 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
20050 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
20051 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
20052 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
20053 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
20054 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
20055 them.
20057 @kindex V V
20058 @pindex calc-set-union
20059 @tindex vunion
20060 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
20061 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
20062 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
20063 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
20064 then using @kbd{V +}.)
20066 @kindex V ^
20067 @pindex calc-set-intersect
20068 @tindex vint
20069 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
20070 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
20071 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
20072 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
20073 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
20074 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
20075 notation for set 
20076 @texline union@tie{}(@math{A \cup B})
20077 @infoline union
20078 and 
20079 @texline intersection@tie{}(@math{A \cap B}).
20080 @infoline intersection.
20082 @kindex V -
20083 @pindex calc-set-difference
20084 @tindex vdiff
20085 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
20086 the difference between two sets.  An object is in the difference
20087 @expr{A - B} if and only if it is in @expr{A} but not in @expr{B}.
20088 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
20089 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
20090 as a general @dfn{set complement} operator; if @expr{A} is the set of
20091 all possible values, then @expr{A - B} is the ``complement'' of @expr{B}.
20092 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
20093 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
20094 enough to express in a few intervals).
20096 @kindex V X
20097 @pindex calc-set-xor
20098 @tindex vxor
20099 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
20100 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
20101 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
20102 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
20103 occur in both sets ``cancel out.''
20105 @kindex V ~
20106 @pindex calc-set-complement
20107 @tindex vcompl
20108 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
20109 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
20110 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
20111 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
20112 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
20114 @kindex V F
20115 @pindex calc-set-floor
20116 @tindex vfloor
20117 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
20118 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
20119 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
20120 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
20121 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
20122 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
20123 the complement with respect to the set of integers you could type
20124 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
20126 @kindex V E
20127 @pindex calc-set-enumerate
20128 @tindex venum
20129 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
20130 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
20131 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
20132 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
20133 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
20135 @kindex V :
20136 @pindex calc-set-span
20137 @tindex vspan
20138 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
20139 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
20140 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
20141 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
20142 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
20144 @kindex V #
20145 @pindex calc-set-cardinality
20146 @tindex vcard
20147 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
20148 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
20149 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
20150 more efficient than actually producing that vector.
20152 @cindex Sets, as binary numbers
20153 Another representation for sets that may be more appropriate in some
20154 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
20155 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
20156 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
20157 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
20158 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
20159 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
20160 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
20161 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
20162 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
20163 convenient to you.
20165 @kindex b p
20166 @kindex b u
20167 @pindex calc-pack-bits
20168 @pindex calc-unpack-bits
20169 @tindex vpack
20170 @tindex vunpack
20171 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
20172 converts an integer that represents a set in binary into a set
20173 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
20174 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
20175 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
20176 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
20177 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
20178 (binary) prefix key.
20180 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
20181 converts the other way, from a vector or interval representing
20182 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
20183 the same set.  The set may include positive infinity, but must
20184 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
20185 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
20186 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
20187 representation 
20188 @texline (@math{2^{100}}, a 31-digit integer, in this case).
20189 @infoline (@expr{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
20191 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
20192 @section Statistical Operations on Vectors
20194 @noindent
20195 @cindex Statistical functions
20196 The commands in this section take vectors as arguments and compute
20197 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
20198 references used in the definitions of these functions are Bevington's
20199 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
20200 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
20201 Vetterling.
20203 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
20204 a shifted letter or other character.
20206 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
20207 (@code{calc-histogram}).
20209 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
20210 least-squares fits to statistical data.
20212 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
20213 probability distribution functions.
20215 @menu
20216 * Single-Variable Statistics::
20217 * Paired-Sample Statistics::
20218 @end menu
20220 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
20221 @subsection Single-Variable Statistics
20223 @noindent
20224 These functions do various statistical computations on single
20225 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
20226 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
20227 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
20228 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
20229 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
20230 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
20232 If an argument is a variable name, and the value stored in that
20233 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
20234 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
20235 the slow process of manipulating it directly on the stack.
20237 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
20238 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
20239 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
20240 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
20241 of the computation, based on the assumption that the formula does
20242 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
20243 error forms and interval forms are acceptable.
20245 Some of the functions in this section also accept a single error form
20246 or interval as an argument.  They then describe a property of the
20247 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20248 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20249 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20250 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20251 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20252 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20253 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20254 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20256 @kindex u #
20257 @pindex calc-vector-count
20258 @tindex vcount
20259 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20260 computes the number of data values represented by the inputs.
20261 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20262 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20263 simply computes the length of the vector.
20265 @kindex u +
20266 @kindex u *
20267 @pindex calc-vector-sum
20268 @pindex calc-vector-prod
20269 @tindex vsum
20270 @tindex vprod
20271 @cindex Summations (statistical)
20272 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20273 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20274 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20275 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20276 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20277 (@pxref{Reducing and Mapping}).
20279 @kindex u X
20280 @kindex u N
20281 @pindex calc-vector-max
20282 @pindex calc-vector-min
20283 @tindex vmax
20284 @tindex vmin
20285 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20286 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20287 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20288 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20289 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20290 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20291 plus or minus infinity.
20293 @kindex u M
20294 @pindex calc-vector-mean
20295 @tindex vmean
20296 @cindex Mean of data values
20297 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20298 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20299 If the inputs are error forms 
20300 @texline @math{x \pm \sigma},
20301 @infoline @samp{x +/- s}, 
20302 this is the weighted mean of the @expr{x} values with weights 
20303 @texline @math{1 /\sigma^2}.
20304 @infoline @expr{1 / s^2}.
20305 @tex
20306 \turnoffactive
20307 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20308            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20309 @end tex
20310 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20311 values divided by the count of the values.
20313 Note that a plain number can be considered an error form with
20314 error 
20315 @texline @math{\sigma = 0}.
20316 @infoline @expr{s = 0}.  
20317 If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20318 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20319 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20320 above definitions it's clear that a plain number effectively
20321 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20322 weight is completely negligible.)
20324 This function also works for distributions (error forms or
20325 intervals).  The mean of an error form `@var{a} @tfn{+/-} @var{b}' is simply
20326 @expr{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20327 and maximum values of the interval.
20329 @kindex I u M
20330 @pindex calc-vector-mean-error
20331 @tindex vmeane
20332 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20333 command computes the mean of the data points expressed as an
20334 error form.  This includes the estimated error associated with
20335 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20336 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20337 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20338 sum of the reciprocals of the variances.)
20339 @tex
20340 \turnoffactive
20341 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20342 @end tex
20343 If the inputs are plain
20344 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20345 divided by the square root of the number of values.  (This works
20346 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20347 then assuming each value's error is equal to this standard
20348 deviation.)
20349 @tex
20350 \turnoffactive
20351 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20352 @end tex
20354 @kindex H u M
20355 @pindex calc-vector-median
20356 @tindex vmedian
20357 @cindex Median of data values
20358 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20359 command computes the median of the data values.  The values are
20360 first sorted into numerical order; the median is the middle
20361 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20362 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20363 The median function is different from the other functions in
20364 this section in that the arguments must all be real numbers;
20365 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20366 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20367 any of the input values are error forms, their error parts are
20368 ignored.
20370 The median function also accepts distributions.  For both normal
20371 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20372 the same as the mean.
20374 @kindex H I u M
20375 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20376 @tindex vhmean
20377 @cindex Harmonic mean
20378 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20379 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20380 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20381 of the values.
20382 @tex
20383 \turnoffactive
20384 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20385 @end tex
20387 @kindex u G
20388 @pindex calc-vector-geometric-mean
20389 @tindex vgmean
20390 @cindex Geometric mean
20391 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20392 command computes the geometric mean of the data values.  This
20393 is the @var{n}th root of the product of the values.  This is also
20394 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20395 of the data values.
20396 @tex
20397 \turnoffactive
20398 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20399    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20400 @end tex
20402 @kindex H u G
20403 @tindex agmean
20404 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20405 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20406 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20407 mean, then repeating until the two values converge.
20408 @tex
20409 \turnoffactive
20410 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20411 @end tex
20413 @cindex Root-mean-square
20414 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20415 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20417 @kindex u S
20418 @pindex calc-vector-sdev
20419 @tindex vsdev
20420 @cindex Standard deviation
20421 @cindex Sample statistics
20422 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20423 computes the standard 
20424 @texline deviation@tie{}@math{\sigma}
20425 @infoline deviation
20426 of the data values.  If the values are error forms, the errors are used
20427 as weights just as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard
20428 deviation, whose value is the square root of the sum of the squares of
20429 the differences between the values and the mean of the @expr{N} values,
20430 divided by @expr{N-1}.
20431 @tex
20432 \turnoffactive
20433 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20434 @end tex
20436 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20437 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20438 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20439 limits, divided by 
20440 @texline @math{\sqrt{12}}.
20441 @infoline @expr{sqrt(12)}.  
20442 The standard deviation of an integer interval is the same as the
20443 standard deviation of a vector of those integers.
20445 @kindex I u S
20446 @pindex calc-vector-pop-sdev
20447 @tindex vpsdev
20448 @cindex Population statistics
20449 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20450 command computes the @emph{population} standard deviation.
20451 It is defined by the same formula as above but dividing
20452 by @expr{N} instead of by @expr{N-1}.  The population standard
20453 deviation is used when the input represents the entire set of
20454 data values in the distribution; the sample standard deviation
20455 is used when the input represents a sample of the set of all
20456 data values, so that the mean computed from the input is itself
20457 only an estimate of the true mean.
20458 @tex
20459 \turnoffactive
20460 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20461 @end tex
20463 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20464 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20465 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20467 @kindex H u S
20468 @kindex H I u S
20469 @pindex calc-vector-variance
20470 @pindex calc-vector-pop-variance
20471 @tindex vvar
20472 @tindex vpvar
20473 @cindex Variance of data values
20474 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20475 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20476 commands compute the variance of the data values.  The variance
20477 is the 
20478 @texline square@tie{}@math{\sigma^2}
20479 @infoline square
20480 of the standard deviation, i.e., the sum of the
20481 squares of the deviations of the data values from the mean.
20482 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20484 @ignore
20485 @starindex
20486 @end ignore
20487 @tindex vflat
20488 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20489 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20490 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20491 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20493 @node Paired-Sample Statistics,  , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20494 @subsection Paired-Sample Statistics
20496 @noindent
20497 The functions in this section take two arguments, which must be
20498 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20499 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20500 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20501 the stack, which must be an 
20502 @texline @math{N\times2}
20503 @infoline Nx2
20504 matrix of data values.  Once again, variable names can be used in place
20505 of actual vectors and matrices.
20507 @kindex u C
20508 @pindex calc-vector-covariance
20509 @tindex vcov
20510 @cindex Covariance
20511 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20512 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20513 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20514 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20515 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20516 and the mean of @var{y}, all divided by @expr{N-1}.  Note that
20517 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20518 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20519 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20520 are composed of error forms, the error for a given data point
20521 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20522 input errors.
20523 @tex
20524 \turnoffactive
20525 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20526 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20527     {\displaystyle {1 \over N-1}
20528                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20529      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20531 @end tex
20533 @kindex I u C
20534 @pindex calc-vector-pop-covariance
20535 @tindex vpcov
20536 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20537 command computes the population covariance, which is the same as the
20538 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @expr{N}
20539 instead of @expr{N-1}.
20541 @kindex H u C
20542 @pindex calc-vector-correlation
20543 @tindex vcorr
20544 @cindex Correlation coefficient
20545 @cindex Linear correlation
20546 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20547 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20548 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20549 product of their standard deviations.  (There is no difference
20550 between sample or population statistics here.)
20551 @tex
20552 \turnoffactive
20553 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20554 @end tex
20556 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20557 @section Reducing and Mapping Vectors
20559 @noindent
20560 The commands in this section allow for more general operations on the
20561 elements of vectors.
20563 @kindex V A
20564 @pindex calc-apply
20565 @tindex apply
20566 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20567 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20568 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20569 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20570 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20571 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20572 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20574 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20575 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20577 @menu
20578 * Specifying Operators::
20579 * Mapping::
20580 * Reducing::
20581 * Nesting and Fixed Points::
20582 * Generalized Products::
20583 @end menu
20585 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20586 @subsection Specifying Operators
20588 @noindent
20589 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20590 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20591 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20592 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20593 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20594 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20595 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20596 element as its argument.)
20598 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20599 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20600 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20601 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20602 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20603 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20604 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20605 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20606 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20607 @kbd{V M 3 x f @key{RET}} calls @code{f} with three arguments even if it
20608 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20609 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20610 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20611 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20612 type @kbd{V M 3 v e}.
20614 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20615 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20616 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20617 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20618 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20619 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20620 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20621 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20622 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20623 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20625 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20626 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20627 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20628 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20629 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20630 entry interacts with the stack.)
20632 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
20633 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
20634 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
20635 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
20636 prompted for an argument list.
20638 @cindex Nameless functions
20639 @cindex Generic functions
20640 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
20641 which means ``a function of two arguments that computes the first
20642 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
20643 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
20644 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
20645 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ @key{RET}},
20646 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
20647 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x @key{RET} @key{RET}},
20648 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
20649 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
20650 can get it back later if you wish.
20652 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
20653 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
20654 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
20655 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
20656 begins with a list of variables followed by a colon.)
20658 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
20659 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
20660 argument list in this case, since the nameless function specifies the
20661 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
20662 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
20663 so that @kbd{V A ' #1+#2 @key{RET}} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> @key{RET}},
20664 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ @key{RET}}.
20666 @cindex Lambda expressions
20667 @ignore
20668 @starindex
20669 @end ignore
20670 @tindex lambda
20671 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
20672 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
20673 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
20674 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
20675 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
20676 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
20677 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
20679 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
20680 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
20681 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
20682 called.)
20684 @tindex add
20685 @tindex sub
20686 @ignore
20687 @mindex @idots
20688 @end ignore
20689 @tindex mul
20690 @ignore
20691 @mindex @null
20692 @end ignore
20693 @tindex div
20694 @ignore
20695 @mindex @null
20696 @end ignore
20697 @tindex pow
20698 @ignore
20699 @mindex @null
20700 @end ignore
20701 @tindex neg
20702 @ignore
20703 @mindex @null
20704 @end ignore
20705 @tindex mod
20706 @ignore
20707 @mindex @null
20708 @end ignore
20709 @tindex vconcat
20710 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
20711 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
20712 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
20713 and is either a variable whose name is the same as the function name,
20714 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
20715 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
20716 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
20717 @code{vconcat}.
20719 @ignore
20720 @starindex
20721 @end ignore
20722 @tindex call
20723 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
20724 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
20725 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
20726 like the other functions described here, may be either a variable naming a
20727 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
20728 as @samp{x + 2y}).
20730 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
20731 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
20732 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
20733 automatically makes this translation, so you don't have to worry
20734 about it.)
20736 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
20737 @subsection Mapping
20739 @noindent
20740 @kindex V M
20741 @pindex calc-map
20742 @tindex map
20743 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
20744 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
20745 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
20746 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
20747 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
20748 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
20749 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
20750 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
20751 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
20752 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
20753 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
20754 be prompted for the number of arguments to use.
20756 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
20757 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
20758 @expr{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
20759 produce another 
20760 @texline @math{3\times2}
20761 @infoline 3x2
20762 matrix, @expr{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
20764 @tindex mapr
20765 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
20766 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
20767 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
20768 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
20769 namely @expr{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
20770 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
20771 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
20772 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
20773 of the matrix to get a new matrix, @expr{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
20775 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
20776 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
20777 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
20778 their individual elements.
20780 @tindex mapc
20781 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
20782 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
20783 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
20784 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
20785 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
20786 @expr{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
20788 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
20789 and column-like appearances, and were not already taken by useful
20790 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
20791 to type after @kbd{V M}.)
20793 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
20794 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
20795 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
20796 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
20797 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
20798 a vector takes a dot product of the vector with itself).
20800 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
20801 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
20802 arguments, those vectors are also held constant for every row or
20803 column.
20805 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
20806 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
20807 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
20808 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
20809 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
20810 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
20811 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
20812 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
20813 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
20814 mapped over the elements of each row.)
20816 @tindex mapa
20817 @tindex mapd
20818 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
20819 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
20820 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
20821 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
20822 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
20823 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
20824 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
20825 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
20827 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
20828 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
20829 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
20830 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
20832 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
20833 @subsection Reducing
20835 @noindent
20836 @kindex V R
20837 @pindex calc-reduce
20838 @tindex reduce
20839 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
20840 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
20841 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
20842 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
20843 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
20844 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
20845 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
20846 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
20848 @kindex I V R
20849 @tindex rreduce
20850 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
20851 that works from right to left through the vector.  For example, plain
20852 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
20853 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
20854 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
20855 in power series expansions.
20857 @kindex V U
20858 @tindex accum
20859 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
20860 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
20861 operation, but instead of producing only the final result, it produces
20862 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
20863 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
20864 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
20866 @kindex I V U
20867 @tindex raccum
20868 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
20869 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
20870 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
20872 @tindex reducea
20873 @tindex rreducea
20874 @tindex reduced
20875 @tindex rreduced
20876 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
20877 example, given the matrix @expr{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
20878 compute @expr{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
20879 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
20880 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
20881 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
20882 matrix would produce @expr{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
20883 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @expr{[a + d,
20884 b + e, c + f]}.
20886 @tindex reducer
20887 @tindex rreducer
20888 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
20889 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
20890 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
20891 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
20892 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
20893 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
20894 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
20896 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
20897 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
20899 @tindex reducec
20900 @tindex rreducec
20901 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
20902 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
20904 The commands @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are equivalent to typing
20905 @kbd{C-x * r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
20906 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
20907 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
20909 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
20910 @subsection Nesting and Fixed Points
20912 @noindent
20913 @kindex H V R
20914 @tindex nest
20915 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
20916 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
20917 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
20918 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
20919 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
20920 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
20921 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
20923 @kindex H V U
20924 @tindex anest
20925 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
20926 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
20927 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
20928 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
20929 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
20931 @kindex H I V R
20932 @tindex fixp
20933 @cindex Fixed points
20934 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
20935 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
20936 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
20937 no longer changes.
20939 @kindex H I V U
20940 @tindex afixp
20941 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
20942 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
20943 the last element will be the final result that would have been returned
20944 by @code{fixp}.
20946 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
20947 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
20948 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
20949 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
20950 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
20951 to converge to 0.739085.)
20953 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
20954 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
20955 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
20956 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
20957 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 @key{RET}} quickly yields the result
20958 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
20959 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
20961 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
20962 the function until two successive results are equal to within the
20963 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
20964 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
20965 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
20966 applied until two successive results are exactly the same formula.
20967 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
20968 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
20970 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
20971 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
20972 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
20973 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
20974 specified, all results during the calculation must be numbers, not
20975 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
20976 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
20977 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
20978 exactly equal.)
20980 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
20981 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
20982 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
20983 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
20985 @node Generalized Products,  , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
20986 @subsection Generalized Products
20988 @kindex V O
20989 @pindex calc-outer-product
20990 @tindex outer
20991 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
20992 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
20993 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
20994 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
20995 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
20996 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
20997 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
20999 @kindex V I
21000 @pindex calc-inner-product
21001 @tindex inner
21002 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
21003 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
21004 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
21005 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
21006 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
21007 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
21008 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
21009 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
21010 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
21011 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
21012 generalized dot product.
21014 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
21015 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
21016 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
21017 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
21018 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
21020 @node Vector and Matrix Formats,  , Reducing and Mapping, Matrix Functions
21021 @section Vector and Matrix Display Formats
21023 @noindent
21024 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
21025 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
21026 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
21027 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
21028 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
21029 @pxref{Normal Language Modes}.
21031 @kindex V <
21032 @pindex calc-matrix-left-justify
21033 @kindex V =
21034 @pindex calc-matrix-center-justify
21035 @kindex V >
21036 @pindex calc-matrix-right-justify
21037 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
21038 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
21039 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
21040 are justified to the left, right, or center of their columns.
21042 @kindex V [
21043 @pindex calc-vector-brackets
21044 @kindex V @{
21045 @pindex calc-vector-braces
21046 @kindex V (
21047 @pindex calc-vector-parens
21048 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
21049 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
21050 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
21051 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
21052 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
21053 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
21054 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
21055 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
21056 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
21057 and parentheses may never be used for this purpose.
21059 @kindex V ]
21060 @pindex calc-matrix-brackets
21061 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
21062 ``big'' style display of matrices.  It prompts for a string of code
21063 letters; currently implemented letters are @code{R}, which enables
21064 brackets on each row of the matrix; @code{O}, which enables outer
21065 brackets in opposite corners of the matrix; and @code{C}, which
21066 enables commas or semicolons at the ends of all rows but the last.
21067 The default format is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format
21068 was fixed at @samp{ROC}.)  Here are some example matrices:
21070 @example
21071 @group
21072 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
21073   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
21074   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
21076          RO                        ROC
21078 @end group
21079 @end example
21080 @noindent
21081 @example
21082 @group
21083   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
21084      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
21085      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
21087           O                        OC
21089 @end group
21090 @end example
21091 @noindent
21092 @example
21093 @group
21094   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
21095   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
21096   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
21098           R                       @r{blank}
21099 @end group
21100 @end example
21102 @noindent
21103 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
21104 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
21105 the others are useful for display only.
21107 @kindex V ,
21108 @pindex calc-vector-commas
21109 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
21110 off in vector and matrix display.
21112 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
21113 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
21114 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
21115 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
21116 variables with commas turned off.  Calc will display the former
21117 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
21118 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
21119 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
21120 give to @kbd{v ]} (as described above).
21122 @kindex V .
21123 @pindex calc-full-vectors
21124 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
21125 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
21126 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
21127 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
21128 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
21129 When very large vectors are involved this will substantially
21130 improve Calc's display speed.
21132 @kindex t .
21133 @pindex calc-full-trail-vectors
21134 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
21135 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
21136 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
21137 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
21138 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
21139 unable to recover those vectors.  If you are working with very
21140 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
21141 that involve the trail.
21143 @kindex V /
21144 @pindex calc-break-vectors
21145 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
21146 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
21147 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
21148 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
21149 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
21150 vectors will still use the normal linear form.
21152 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
21153 @chapter Algebra
21155 @noindent
21156 This section covers the Calc features that help you work with
21157 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
21158 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
21159 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
21160 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
21161 is discussed.
21163 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
21164 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
21165 for anything else'') prefix.
21167 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
21168 using regular Emacs editing commands.
21170 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
21171 modes to be helpful, including Algebraic Simplification mode (@kbd{m A})
21172 or No-Simplification mode (@kbd{m O}),
21173 Algebraic entry mode (@kbd{m a}), Fraction mode (@kbd{m f}), and
21174 Symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
21175 of these modes.  You may also wish to select Big display mode (@kbd{d B}).
21176 @xref{Normal Language Modes}.
21178 @menu
21179 * Selecting Subformulas::
21180 * Algebraic Manipulation::
21181 * Simplifying Formulas::
21182 * Polynomials::
21183 * Calculus::
21184 * Solving Equations::
21185 * Numerical Solutions::
21186 * Curve Fitting::
21187 * Summations::
21188 * Logical Operations::
21189 * Rewrite Rules::
21190 @end menu
21192 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
21193 @section Selecting Sub-Formulas
21195 @noindent
21196 @cindex Selections
21197 @cindex Sub-formulas
21198 @cindex Parts of formulas
21199 When working with an algebraic formula it is often necessary to
21200 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
21201 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
21202 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
21203 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
21204 surrounding part of the stack entry alone.
21206 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
21207 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
21208 ``sub-formula'' of the vector.
21210 @menu
21211 * Making Selections::
21212 * Changing Selections::
21213 * Displaying Selections::
21214 * Operating on Selections::
21215 * Rearranging with Selections::
21216 @end menu
21218 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
21219 @subsection Making Selections
21221 @noindent
21222 @kindex j s
21223 @pindex calc-select-here
21224 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
21225 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
21226 highlight the smallest portion of the formula that contains that
21227 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
21228 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
21229 display mode but is perhaps easiest in Big mode (@kbd{d B}).
21230 Suppose you enter the following formula:
21232 @smallexample
21233 @group
21234            3    ___
21235     (a + b)  + V c
21236 1:  ---------------
21237         2 x + 1
21238 @end group
21239 @end smallexample
21241 @noindent
21242 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
21243 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
21246 @smallexample
21247 @group
21248            .    ...
21249     .. . b.  . . .
21250 1*  ...............
21251         . . . .
21252 @end group
21253 @end smallexample
21255 @noindent
21256 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
21257 to a dot.  The @samp{*} next to the line number is to remind you that
21258 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
21259 obvious, but it might not always be.  If Embedded mode is enabled,
21260 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
21261 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
21263 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
21264 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
21266 @smallexample
21267 @group
21268            .    ...
21269     (a + b)  . . .
21270 1*  ...............
21271         . . . .
21272 @end group
21273 @end smallexample
21275 @noindent
21276 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21277 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21278 formula that it encloses.  Putting the cursor on the @samp{+} sign
21279 would have had the same effect.
21281 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21282 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21283 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21284 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21286 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21287 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21288 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21289 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21290 and so on.
21292 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21293 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21295 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21296 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21297 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21298 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21299 cursor on any stack entry.
21301 @kindex j a
21302 @pindex calc-select-additional
21303 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21304 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21305 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21306 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21307 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21308 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21310 @kindex j o
21311 @pindex calc-select-once
21312 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21313 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21314 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21315 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21316 by the cursor.
21318 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21319 such that the next command involving selected stack entries will clear
21320 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21321 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21323 @kindex j S
21324 @kindex j O
21325 @pindex calc-select-here-maybe
21326 @pindex calc-select-once-maybe
21327 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21328 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21329 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21330 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21331 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21332 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21333 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21334 commands.
21336 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21337 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21338 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21339 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21340 entire four-term sum.
21342 @kindex j b
21343 @pindex calc-break-selections
21344 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21345 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21346 through.  Calc actually stores the above formulas as @samp{((a + b) - c) + d}
21347 and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain obscure reasons, Calc
21348 treats multiplication as right-associative.)  Once you have enabled
21349 @kbd{j b} mode, selecting with the cursor on the @samp{-} sign would
21350 only select the @samp{a + b - c} portion, which makes sense when the
21351 deep structure of the sum is considered.  There is no way to select
21352 the @samp{b - c + d} portion; although this might initially look
21353 like just as legitimate a sub-formula as @samp{a + b - c}, the deep
21354 structure shows that it isn't.  The @kbd{d U} command can be used
21355 to view the deep structure of any formula (@pxref{Normal Language Modes}).
21357 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21358 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21359 you get.
21361 @kindex j u
21362 @pindex calc-unselect
21363 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21364 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21365 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21366 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21367 position.
21369 @kindex j c
21370 @pindex calc-clear-selections
21371 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21372 stack elements.
21374 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21375 @subsection Changing Selections
21377 @noindent
21378 @kindex j m
21379 @pindex calc-select-more
21380 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21381 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21382 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21384 @smallexample
21385 @group
21386            3    ...                3    ___                3    ___
21387     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21388 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21389         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21390 @end group
21391 @end smallexample
21393 @noindent
21394 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21395 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21396 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21398 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21399 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21400 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21401 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21402 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21404 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21405 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21406 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21407 is not on any stack element operates on the top stack element.
21409 @kindex j l
21410 @pindex calc-select-less
21411 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21412 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21413 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21414 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21415 current selection, the command de-selects the formula.
21417 @kindex j 1-9
21418 @pindex calc-select-part
21419 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21420 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21421 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21422 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21423 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21424 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21425 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21426 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21428 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21429 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21430 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21431 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21432 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.
21434 @kindex j n
21435 @kindex j p
21436 @pindex calc-select-next
21437 @pindex calc-select-previous
21438 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21439 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21440 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21441 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21442 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21443 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21444 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21445 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21446 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21447 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21449 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21450 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21451 arguments to move several steps at a time.
21453 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21454 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21455 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21456 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21457 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21458 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21459 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21460 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21461 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21463 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21464 @subsection Displaying Selections
21466 @noindent
21467 @kindex j d
21468 @pindex calc-show-selections
21469 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21470 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21471 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21472 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21473 by @samp{#} signs:
21475 @smallexample
21476 @group
21477            3    ...                  #    ___
21478     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21479 1*  ...............       1*  ---------------
21480         . . . .                   2 x + 1
21481 @end group
21482 @end smallexample
21484 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21485 @subsection Operating on Selections
21487 @noindent
21488 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21489 on the stack will operate on the selected portions of the items
21490 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21491 at once, though there can be only one selection at a time in any
21492 given stack element.)
21494 @kindex j e
21495 @pindex calc-enable-selections
21496 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21497 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21498 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21499 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21500 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21501 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21503 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21504 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21505 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21506 element.
21508 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21509 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21510 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21511 the selected portion of the formula, returning the old selected
21512 portion to the top of the stack.
21514 @smallexample
21515 @group
21516            3    ...                    ...                    ___
21517     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21518 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21519         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21521                                     3                      3
21522 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21523 @end group
21524 @end smallexample
21526 In this example we select a sub-formula of our original example,
21527 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21528 the complete, edited formula.
21530 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21531 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21533 @kindex j '
21534 @pindex calc-enter-selection
21535 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21536 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21537 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21538 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21539 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21540 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21541 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21542 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21543 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21545 @kindex j `
21546 @pindex calc-edit-selection
21547 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21548 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21549 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21550 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21552 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21553 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21554 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21555 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21557 @smallexample
21558 @group
21559               ###
21560     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21561 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21562        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21563 @end group
21564 @end smallexample
21566 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21567 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21568 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21569 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21570 and resimplifies.
21572 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21573 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21574 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21576 @kindex j @key{DEL}
21577 @pindex calc-del-selection
21578 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21579 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21580 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21581 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21582 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21584 @kindex j @key{RET}
21585 @pindex calc-grab-selection
21586 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21587 command.)
21589 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21590 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21591 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21592 press @kbd{Q} to take the square root.
21594 @smallexample
21595 @group
21596      .. .           .. .           .. .             .. .
21597 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21598     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21599                                                  V 4 - 2 x
21600 @end group
21601 @end smallexample
21603 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21604 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21605 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21606 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21607 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21608 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21609 the command will abort with an error message.
21611 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21612 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21613 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21614 (@code{calc-change-sign}).
21616 @smallexample
21617 @group
21618        .. .                .. .
21619 1*  ..........      1*  ...........
21620      .........           ..........
21621     . . . 2 x           . . . -2 x
21622 @end group
21623 @end smallexample
21625 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21626 normally have cancelled out with the subtraction automatically, has
21627 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21628 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21629 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21630 to be simplified.
21632 @smallexample
21633 @group
21634        17 y                17 y
21635 1:  -----------     1:  ----------
21636      __________          _________
21637     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
21638 @end group
21639 @end smallexample
21641 @node Rearranging with Selections,  , Operating on Selections, Selecting Subformulas
21642 @subsection Rearranging Formulas using Selections
21644 @noindent
21645 @kindex j R
21646 @pindex calc-commute-right
21647 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
21648 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
21649 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
21650 rearranged according to the commutative laws of algebra.
21652 As with @kbd{j '} and @kbd{j @key{DEL}}, the term under the cursor is used
21653 if there is no selection in the current formula.  All commands described
21654 in this section share this property.  In this example, we place the
21655 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
21657 @smallexample
21658 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
21659 @end smallexample
21661 @noindent
21662 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
21663 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
21664 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
21665 mathematical meaning of the formula.
21667 The selected term may also be an element of a vector or an argument
21668 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
21669 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
21670 course be drastically changed.
21672 @smallexample
21673 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
21675 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
21676 @end smallexample
21678 @kindex j L
21679 @pindex calc-commute-left
21680 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
21681 except that it swaps the selected term with the one to its left.
21683 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
21684 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
21685 term left or right past the end of its enclosing formula.
21686 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
21687 selected term as far as possible in the given direction.
21689 @kindex j D
21690 @pindex calc-sel-distribute
21691 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
21692 sum or product into the surrounding formula using the distributive
21693 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
21694 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
21695 products or quotients into surrounding powers, and can also do
21696 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
21697 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
21698 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
21700 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
21701 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
21702 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
21703 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
21704 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
21705 times to expand at once; the default is one time only.
21707 @vindex DistribRules
21708 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
21709 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
21710 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
21711 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
21712 displays and edits the stored value of a variable.  Press @kbd{C-c C-c}
21713 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
21714 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
21716 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
21717 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
21718 this variable's value permanently for future Calc sessions.
21719 @xref{Operations on Variables}.
21721 @kindex j M
21722 @pindex calc-sel-merge
21723 @vindex MergeRules
21724 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
21725 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
21726 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
21727 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
21728 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
21729 the relevant rules.
21731 @kindex j C
21732 @pindex calc-sel-commute
21733 @vindex CommuteRules
21734 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
21735 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
21736 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
21737 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
21738 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
21739 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
21740 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
21741 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
21742 in the variable @code{CommuteRules}.
21744 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
21745 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
21746 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
21747 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
21748 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
21749 manipulations described in this section.
21751 @kindex j N
21752 @pindex calc-sel-negate
21753 @vindex NegateRules
21754 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
21755 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
21756 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
21757 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
21758 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
21759 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
21760 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
21761 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
21763 @kindex j &
21764 @pindex calc-sel-invert
21765 @vindex InvertRules
21766 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
21767 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
21768 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
21769 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
21771 @kindex j E
21772 @pindex calc-sel-jump-equals
21773 @vindex JumpRules
21774 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
21775 selected term from one side of an equation to the other.  Given
21776 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
21777 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
21778 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
21779 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
21781 @kindex j I
21782 @kindex H j I
21783 @pindex calc-sel-isolate
21784 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
21785 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
21786 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
21787 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
21788 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
21789 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
21790 as well as equations.
21792 @kindex j *
21793 @kindex j /
21794 @pindex calc-sel-mult-both-sides
21795 @pindex calc-sel-div-both-sides
21796 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
21797 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
21798 selected quotient or equation by that formula.  It simplifies each
21799 side with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) before re-forming the
21800 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
21801 providing any numeric prefix argument.  There is also a @kbd{j /}
21802 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
21803 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
21805 As a special feature, if the numerator of the quotient is 1, then
21806 the denominator is expanded at the top level using the distributive
21807 law (i.e., using the @kbd{C-u -1 a x} command).  Suppose the
21808 formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, and you wish
21809 to eliminate the square root in the denominator by multiplying both
21810 sides by @samp{sqrt(a) - 1}.  Calc's default simplifications would
21811 change the result @samp{(sqrt(a) - 1) / (sqrt(a) - 1) (sqrt(a) + 1)}
21812 right back to the original form by cancellation; Calc expands the
21813 denominator to @samp{sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1} to prevent
21814 this.  (You would now want to use an @kbd{a x} command to expand
21815 the rest of the way, whereupon the denominator would cancel out to
21816 the desired form, @samp{a - 1}.)  When the numerator is not 1, this
21817 initial expansion is not necessary because Calc's default
21818 simplifications will not notice the potential cancellation.
21820 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
21821 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
21822 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
21823 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
21824 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
21825 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
21826 will be, it will assume it is positive and display a warning
21827 message.
21829 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
21830 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
21831 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
21832 back by the formula.
21834 @kindex j +
21835 @kindex j -
21836 @pindex calc-sel-add-both-sides
21837 @pindex calc-sel-sub-both-sides
21838 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
21839 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
21840 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
21841 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
21842 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
21843 results.
21845 @kindex j U
21846 @pindex calc-sel-unpack
21847 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
21848 selected function call with its argument.  For example, given
21849 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
21850 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
21851 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
21852 now to take the cosine of the selected part.)
21854 @kindex j v
21855 @pindex calc-sel-evaluate
21856 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
21857 normal default simplifications on the selected sub-formula.
21858 These are the simplifications that are normally done automatically
21859 on all results, but which may have been partially inhibited by
21860 previous selection-related operations, or turned off altogether
21861 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
21862 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
21864 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
21865 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command to the selected
21866 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
21867 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
21868 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
21869 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
21870 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
21871 sub-formula.
21873 @kindex j "
21874 @pindex calc-sel-expand-formula
21875 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
21876 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
21878 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
21879 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
21881 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
21882 @section Algebraic Manipulation
21884 @noindent
21885 The commands in this section perform general-purpose algebraic
21886 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
21887 stack (unless, of course, you have made a selection in that
21888 formula).
21890 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
21891 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
21892 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
21893 from the second-to-top stack level.
21895 @kindex a v
21896 @pindex calc-alg-evaluate
21897 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
21898 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
21899 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
21900 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
21901 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
21902 command.  @xref{Simplification Modes}.
21904 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
21905 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
21906 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
21908 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
21909 as if in Algebraic Simplification mode.  This is equivalent to typing
21910 @kbd{a s}; @pxref{Simplifying Formulas}.  If you give a numeric prefix
21911 of 3 or more, it uses Extended Simplification mode (@kbd{a e}).
21913 If you give a negative prefix argument @mathit{-1}, @mathit{-2}, or @mathit{-3},
21914 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
21915 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
21916 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
21917 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
21918 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
21919 in No-Simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
21920 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
21921 (@xref{Reducing and Mapping}.)
21923 @tindex evalv
21924 @tindex evalvn
21925 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
21926 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
21927 disables Symbolic mode (@kbd{m s}) during the evaluation, corresponds
21928 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
21929 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
21930 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
21931 it as a temporary different working precision.)
21933 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
21934 as an optional second argument.  This argument can be either an
21935 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
21936 a single integer, to adjust the precision relative to the current
21937 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
21938 precision will do the calculation at this higher precision, but the
21939 result will as usual be rounded back down to the current precision
21940 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
21941 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
21942 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
21943 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
21944 will return @samp{9.2654e-5}.
21946 @kindex a "
21947 @pindex calc-expand-formula
21948 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
21949 into their defining formulas wherever possible.  For example,
21950 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
21951 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
21952 and so are unaffected by this command.  One important class of
21953 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
21954 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
21955 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
21956 distribution functions, most of the financial functions, and the
21957 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
21958 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
21959 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
21960 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
21961 top-level function call.
21963 @kindex a M
21964 @pindex calc-map-equation
21965 @tindex mapeq
21966 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
21967 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
21968 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
21969 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
21970 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
21971 @samp{x = y+1} and @expr{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
21972 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
21973 sides together and the righthand sides together to get the two
21974 respective sides of a new equation.
21976 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
21977 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
21978 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
21979 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
21980 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
21981 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
21982 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
21983 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
21984 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the @kbd{a s} command can
21985 then simplify to get @samp{2 < b}.
21987 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
21988 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
21989 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
21990 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
21991 though this is not true for all values of the variables.
21993 @kindex H a M
21994 @tindex mapeqp
21995 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
21996 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
21997 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
21998 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
21999 fixing an inequality which was already incorrect.)
22001 @kindex I a M
22002 @tindex mapeqr
22003 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
22004 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
22005 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
22006 working with small positive angles.
22008 @kindex a b
22009 @pindex calc-substitute
22010 @tindex subst
22011 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
22012 all occurrences
22013 of some variable or sub-expression of an expression with a new
22014 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
22015 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
22016 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
22017 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
22018 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
22019 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
22020 doing substitutions.
22022 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
22023 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
22024 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
22025 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
22026 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
22027 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
22028 target is taken from top-of-stack as usual.
22030 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
22031 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
22032 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
22033 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
22034 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
22035 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
22036 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
22037 these limitations.
22039 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
22040 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
22041 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
22042 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
22043 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
22045 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
22046 @section Simplifying Formulas
22048 @noindent
22049 @kindex a s
22050 @pindex calc-simplify
22051 @tindex simplify
22052 The @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command applies
22053 various algebraic rules to simplify a formula.  This includes rules which
22054 are not part of the default simplifications because they may be too slow
22055 to apply all the time, or may not be desirable all of the time.  For
22056 example, non-adjacent terms of sums are combined, as in @samp{a + b + 2 a}
22057 to @samp{b + 3 a}, and some formulas like @samp{sin(arcsin(x))} are
22058 simplified to @samp{x}.
22060 The sections below describe all the various kinds of algebraic
22061 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
22062 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
22063 they simply apply certain specific rules to put formulas into
22064 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
22065 must be done manually, usually with a combination of selections
22066 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
22067 @xref{Rewrite Rules}.
22069 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
22070 simplification occurs automatically.  Normally only the ``default
22071 simplifications'' occur.
22073 @menu
22074 * Default Simplifications::
22075 * Algebraic Simplifications::
22076 * Unsafe Simplifications::
22077 * Simplification of Units::
22078 @end menu
22080 @node Default Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
22081 @subsection Default Simplifications
22083 @noindent
22084 @cindex Default simplifications
22085 This section describes the ``default simplifications,'' those which are
22086 normally applied to all results.  For example, if you enter the variable
22087 @expr{x} on the stack twice and push @kbd{+}, Calc's default
22088 simplifications automatically change @expr{x + x} to @expr{2 x}.
22090 The @kbd{m O} command turns off the default simplifications, so that
22091 @expr{x + x} will remain in this form unless you give an explicit
22092 ``simplify'' command like @kbd{=} or @kbd{a v}.  @xref{Algebraic
22093 Manipulation}.  The @kbd{m D} command turns the default simplifications
22094 back on.
22096 The most basic default simplification is the evaluation of functions.
22097 For example, @expr{2 + 3} is evaluated to @expr{5}, and @expr{@tfn{sqrt}(9)}
22098 is evaluated to @expr{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
22099 to a function are somehow of the wrong type @expr{@tfn{tan}([2,3,4])}),
22100 range (@expr{@tfn{tan}(90)}), or number (@expr{@tfn{tan}(3,5)}), 
22101 or if the function name is not recognized (@expr{@tfn{f}(5)}), or if
22102 Symbolic mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation
22103 (@expr{@tfn{sqrt}(2)}).
22105 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
22106 simplifies the function itself.  Thus @expr{@tfn{sqrt}(5+4)} is
22107 simplified to @expr{@tfn{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
22108 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
22109 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
22110 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
22111 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
22112 does not evaluate its lefthand argument.
22114 Most commands apply the default simplifications to all arguments they
22115 take from the stack, perform a particular operation, then simplify
22116 the result before pushing it back on the stack.  In the common special
22117 case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and @kbd{Q} [@code{sqrt}],
22118 the arguments are simply popped from the stack and collected into a
22119 suitable function call, which is then simplified (the arguments being
22120 simplified first as part of the process, as described above).
22122 The default simplifications are too numerous to describe completely
22123 here, but this section will describe the ones that apply to the
22124 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
22125 nature, and will probably be interesting to you only if you are
22126 a serious user of Calc's algebra facilities.
22128 @tex
22129 \bigskip
22130 @end tex
22132 As well as the simplifications described here, if you have stored
22133 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
22134 will also be applied before any built-in default simplifications.
22135 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
22137 @tex
22138 \bigskip
22139 @end tex
22141 And now, on with the default simplifications:
22143 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
22144 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
22145 more terms are arranged by the associative law of algebra into
22146 a left-associative form for sums, @expr{((a + b) + c) + d}, and
22147 a right-associative form for products, @expr{a * (b * (c * d))}.
22148 Formulas like @expr{(a + b) + (c + d)} are rearranged to
22149 left-associative form, though this rarely matters since Calc's
22150 algebra commands are designed to hide the inner structure of
22151 sums and products as much as possible.  Sums and products in
22152 their proper associative form will be written without parentheses
22153 in the examples below.
22155 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
22156 commutative law (@expr{a + b} to @expr{b + a}) except in a few
22157 special cases described below.  Some algebra programs always
22158 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
22159 see that @expr{a b + b a} can be simplified to @expr{2 a b}.
22160 Calc assumes you have put the terms into the order you want
22161 and generally leaves that order alone, with the consequence
22162 that formulas like the above will only be simplified if you
22163 explicitly give the @kbd{a s} command.  @xref{Algebraic
22164 Simplifications}.
22166 Differences @expr{a - b} are treated like sums @expr{a + (-b)}
22167 for purposes of simplification; one of the default simplifications
22168 is to rewrite @expr{a + (-b)} or @expr{(-b) + a}, where @expr{-b}
22169 represents a ``negative-looking'' term, into @expr{a - b} form.
22170 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
22171 @expr{-x}, and products or quotients in which either term is
22172 negative-looking.
22174 Other simplifications involving negation are @expr{-(-x)} to @expr{x};
22175 @expr{-(a b)} or @expr{-(a/b)} where either @expr{a} or @expr{b} is
22176 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
22177 @expr{a} or @expr{b} is any number, by negating that number;
22178 @expr{-(a + b)} to @expr{-a - b}, and @expr{-(b - a)} to @expr{a - b}.
22179 (This, and rewriting @expr{(-b) + a} to @expr{a - b}, are the only
22180 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
22181 simplifications.)
22183 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
22184 @expr{a x + b x} to @expr{(a + b) x}, where @expr{a} represents
22185 a number or an implicit 1 or @mathit{-1} (as in @expr{x} or @expr{-x})
22186 and similarly for @expr{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
22187 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
22188 using the distributive law.
22190 The distributive law is only used for sums of two terms, or
22191 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @expr{a + b + b + c}
22192 is simplified to @expr{a + 2 b + c}, but @expr{a + b + c + b}
22193 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
22194 sum with one another would require time proportional to the
22195 square of the number of terms; Calc relegates potentially slow
22196 operations like this to commands that have to be invoked
22197 explicitly, like @kbd{a s}.
22199 Finally, @expr{a + 0} and @expr{0 + a} are simplified to @expr{a}.
22200 A consequence of the above rules is that @expr{0 - a} is simplified
22201 to @expr{-a}.
22203 @tex
22204 \bigskip
22205 @end tex
22207 The products @expr{1 a} and @expr{a 1} are simplified to @expr{a};
22208 @expr{(-1) a} and @expr{a (-1)} are simplified to @expr{-a};
22209 @expr{0 a} and @expr{a 0} are simplified to @expr{0}, except that
22210 in Matrix mode where @expr{a} is not provably scalar the result
22211 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @expr{a} is
22212 infinite the result is @samp{nan}.
22214 Also, @expr{(-a) b} and @expr{a (-b)} are simplified to @expr{-(a b)},
22215 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
22216 numbers.
22218 Products are commuted only to move numbers to the front:
22219 @expr{a b 2} is commuted to @expr{2 a b}.
22221 The product @expr{a (b + c)} is distributed over the sum only if
22222 @expr{a} and at least one of @expr{b} and @expr{c} are numbers:
22223 @expr{2 (x + 3)} goes to @expr{2 x + 6}.  The formula
22224 @expr{(-a) (b - c)}, where @expr{-a} is a negative number, is
22225 rewritten to @expr{a (c - b)}.
22227 The distributive law of products and powers is used for adjacent
22228 terms of the product: @expr{x^a x^b} goes to 
22229 @texline @math{x^{a+b}}
22230 @infoline @expr{x^(a+b)}
22231 where @expr{a} is a number, or an implicit 1 (as in @expr{x}),
22232 or the implicit one-half of @expr{@tfn{sqrt}(x)}, and similarly for
22233 @expr{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
22234 if the sum of the powers is @expr{1/2} or @expr{-1/2}, respectively.
22235 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
22236 @expr{1} or to @samp{idn(1)} if Matrix mode is enabled.
22238 The product of a negative power times anything but another negative
22239 power is changed to use division:  
22240 @texline @math{x^{-2} y}
22241 @infoline @expr{x^(-2) y} 
22242 goes to @expr{y / x^2} unless Matrix mode is
22243 in effect and neither @expr{x} nor @expr{y} are scalar (in which
22244 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
22246 Finally, @expr{a (b/c)} is rewritten to @expr{(a b)/c}, and also
22247 @expr{(a/b) c} is changed to @expr{(a c)/b} unless in Matrix mode.
22249 @tex
22250 \bigskip
22251 @end tex
22253 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
22254 The quotient @expr{0 / x} is simplified to @expr{0}, with the same
22255 exceptions that were noted for @expr{0 x}.  Likewise, @expr{x / 1}
22256 and @expr{x / (-1)} are simplified to @expr{x} and @expr{-x},
22257 respectively.
22259 The quotient @expr{x / 0} is left unsimplified or changed to an
22260 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
22261 @xref{Infinite Mode}.
22263 The expression 
22264 @texline @math{a / b^{-c}}
22265 @infoline @expr{a / b^(-c)} 
22266 is changed to @expr{a b^c}, where @expr{-c} is any negative-looking
22267 power.  Also, @expr{1 / b^c} is changed to 
22268 @texline @math{b^{-c}}
22269 @infoline @expr{b^(-c)} 
22270 for any power @expr{c}.
22272 Also, @expr{(-a) / b} and @expr{a / (-b)} go to @expr{-(a/b)};
22273 @expr{(a/b) / c} goes to @expr{a / (b c)}; and @expr{a / (b/c)}
22274 goes to @expr{(a c) / b} unless Matrix mode prevents this
22275 rearrangement.  Similarly, @expr{a / (b:c)} is simplified to
22276 @expr{(c:b) a} for any fraction @expr{b:c}.
22278 The distributive law is applied to @expr{(a + b) / c} only if
22279 @expr{c} and at least one of @expr{a} and @expr{b} are numbers.
22280 Quotients of powers and square roots are distributed just as
22281 described for multiplication.
22283 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22284 numerator and denominator.  In other words, @expr{a x b / a y b}
22285 is cancelled to @expr{x b / y b} but not to @expr{x / y}.  Once
22286 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22287 to cancel all terms of the quotient.
22289 Quotients of negative-looking values are simplified according
22290 to @expr{(-a) / (-b)} to @expr{a / b}, @expr{(-a) / (b - c)}
22291 to @expr{a / (c - b)}, and @expr{(a - b) / (-c)} to @expr{(b - a) / c}.
22293 @tex
22294 \bigskip
22295 @end tex
22297 The formula @expr{x^0} is simplified to @expr{1}, or to @samp{idn(1)}
22298 in Matrix mode.  The formula @expr{0^x} is simplified to @expr{0}
22299 unless @expr{x} is a negative number, complex number or zero.
22300 If @expr{x} is negative, complex or @expr{0.0}, @expr{0^x} is an
22301 infinity or an unsimplified formula according to the current infinite
22302 mode.  The expression @expr{0^0} is simplified to @expr{1}.
22304 Powers of products or quotients @expr{(a b)^c}, @expr{(a/b)^c}
22305 are distributed to @expr{a^c b^c}, @expr{a^c / b^c} only if @expr{c}
22306 is an integer, or if either @expr{a} or @expr{b} are nonnegative
22307 real numbers.  Powers of powers @expr{(a^b)^c} are simplified to
22308 @texline @math{a^{b c}}
22309 @infoline @expr{a^(b c)} 
22310 only when @expr{c} is an integer and @expr{b c} also
22311 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22312 would not be safe because of problems with principal values.
22313 (In other words, 
22314 @texline @math{((-3)^{1/2})^2}
22315 @infoline @expr{((-3)^1:2)^2} 
22316 is safe to simplify, but
22317 @texline @math{((-3)^2)^{1/2}}
22318 @infoline @expr{((-3)^2)^1:2} 
22319 is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform Calc that your
22320 variables satisfy these requirements.
22322 As a special case of this rule, @expr{@tfn{sqrt}(x)^n} is simplified to
22323 @texline @math{x^{n/2}}
22324 @infoline @expr{x^(n/2)} 
22325 only for even integers @expr{n}.
22327 If @expr{a} is known to be real, @expr{b} is an even integer, and
22328 @expr{c} is a half- or quarter-integer, then @expr{(a^b)^c} is
22329 simplified to @expr{@tfn{abs}(a^(b c))}.
22331 Also, @expr{(-a)^b} is simplified to @expr{a^b} if @expr{b} is an
22332 even integer, or to @expr{-(a^b)} if @expr{b} is an odd integer,
22333 for any negative-looking expression @expr{-a}.
22335 Square roots @expr{@tfn{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22336 @texline @math{x^{1:2}}
22337 @infoline @expr{x^1:2} 
22338 for the purposes of the above-listed simplifications.
22340 Also, note that 
22341 @texline @math{1 / x^{1:2}}
22342 @infoline @expr{1 / x^1:2} 
22343 is changed to 
22344 @texline @math{x^{-1:2}},
22345 @infoline @expr{x^(-1:2)},
22346 but @expr{1 / @tfn{sqrt}(x)} is left alone.
22348 @tex
22349 \bigskip
22350 @end tex
22352 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22353 following rules:  @expr{@tfn{idn}(a) + b} to @expr{a + b} if @expr{b}
22354 is provably scalar, or expanded out if @expr{b} is a matrix;
22355 @expr{@tfn{idn}(a) + @tfn{idn}(b)} to @expr{@tfn{idn}(a + b)}; 
22356 @expr{-@tfn{idn}(a)} to @expr{@tfn{idn}(-a)}; @expr{a @tfn{idn}(b)} to 
22357 @expr{@tfn{idn}(a b)} if @expr{a} is provably scalar, or to @expr{a b} 
22358 if @expr{a} is provably non-scalar;  @expr{@tfn{idn}(a) @tfn{idn}(b)} to
22359 @expr{@tfn{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients involving
22360 @code{idn}; and @expr{@tfn{idn}(a)^n} to @expr{@tfn{idn}(a^n)} where
22361 @expr{n} is an integer.
22363 @tex
22364 \bigskip
22365 @end tex
22367 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22368 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22369 @expr{@tfn{floor}(@tfn{round}(x))} simplifies to @expr{@tfn{round}(x)}.
22370 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22371 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22372 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22374 The expression @expr{@tfn{abs}(-x)} changes to @expr{@tfn{abs}(x)}.
22375 The expression @expr{@tfn{abs}(@tfn{abs}(x))} changes to
22376 @expr{@tfn{abs}(x)};  in fact, @expr{@tfn{abs}(x)} changes to @expr{x} or
22377 @expr{-x} if @expr{x} is provably nonnegative or nonpositive
22378 (@pxref{Declarations}). 
22380 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22381 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22382 @expr{@tfn{arg}(@tfn{i})} and @expr{@tfn{arg}(-@tfn{i})} just for convenience.
22384 The expression @expr{@tfn{conj}(@tfn{conj}(x))} simplifies to @expr{x}.
22385 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22386 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22387 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22388 @expr{@tfn{conj}(a + b i)} is changed to 
22389 @expr{@tfn{conj}(a) - @tfn{conj}(b) i},  or to @expr{a - b i} if @expr{a}
22390 and @expr{b} are known to be real.
22392 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22393 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22394 for suitable numeric arguments and infinity.  The @kbd{a s} command
22395 described in the next section does provide some simplifications for
22396 these functions, though.
22398 One important simplification that does occur is that
22399 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e})} is simplified to 1, and @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)} is
22400 simplified to @expr{x} for any @expr{x}.  This occurs even if you have
22401 stored a different value in the Calc variable @samp{e}; but this would
22402 be a bad idea in any case if you were also using natural logarithms!
22404 Among the logical functions, @tfn{!(@var{a} <= @var{b})} changes to
22405 @tfn{@var{a} > @var{b}} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22406 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22407 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22408 @expr{!!x} to @expr{x}, this would not be valid in general because
22409 @expr{!!2} is 1, not 2.
22411 Most other Calc functions have few if any default simplifications
22412 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22413 suitable numbers.
22415 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Default Simplifications, Simplifying Formulas
22416 @subsection Algebraic Simplifications
22418 @noindent
22419 @cindex Algebraic simplifications
22420 The @kbd{a s} command makes simplifications that may be too slow to
22421 do all the time, or that may not be desirable all of the time.
22422 If you find these simplifications are worthwhile, you can type
22423 @kbd{m A} to have Calc apply them automatically.
22425 This section describes all simplifications that are performed by
22426 the @kbd{a s} command.  Note that these occur in addition to the
22427 default simplifications; even if the default simplifications have
22428 been turned off by an @kbd{m O} command, @kbd{a s} will turn them
22429 back on temporarily while it simplifies the formula.
22431 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22432 to be applied by @kbd{a s}.  Its use is analogous to @code{EvalRules},
22433 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22434 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22435 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22436 the built-in rules described below.  If the result is different from
22437 the original expression, the process repeats with the default
22438 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22439 then the built-in simplifications, and so on.
22441 @tex
22442 \bigskip
22443 @end tex
22445 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22446 end of the sum, so that @expr{a + 2 + b} changes to @expr{a + b + 2}.
22447 The only exception is that a constant will not be commuted away
22448 from the first position of a difference, i.e., @expr{2 - x} is not
22449 commuted to @expr{-x + 2}.
22451 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22452 @expr{x + y + 2 x} to @expr{y + 3 x}.  This always occurs for
22453 adjacent terms, but @kbd{a s} compares all pairs of terms including
22454 non-adjacent ones.
22456 @tex
22457 \bigskip
22458 @end tex
22460 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22461 law.  For example, @expr{b c a} is commuted to @expr{a b c}.
22462 This allows easier comparison of products; for example, the default
22463 simplifications will not change @expr{x y + y x} to @expr{2 x y},
22464 but @kbd{a s} will; it first rewrites the sum to @expr{x y + x y},
22465 and then the default simplifications are able to recognize a sum
22466 of identical terms.
22468 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22469 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22470 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22471 command uses the same ordering when sorting a vector.
22473 Sorting of terms of products is inhibited when Matrix mode is
22474 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22475 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22477 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22478 terms, using the same method that the default simplifications
22479 use for adjacent terms of products.
22481 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22482 taken into account when terms of a product are being compared.
22483 Thus @expr{(x + y) (y + x)} will be simplified to @expr{(x + y)^2}.
22484 A subtle point is that @expr{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22485 be simplified to @expr{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22486 one term can be written as a constant times the other, even if
22487 that constant is @mathit{-1}.
22489 A fraction times any expression, @expr{(a:b) x}, is changed to
22490 a quotient involving integers:  @expr{a x / b}.  This is not
22491 done for floating-point numbers like @expr{0.5}, however.  This
22492 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22493 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22495 @tex
22496 \bigskip
22497 @end tex
22499 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22500 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22501 the distributive law.  For example, @expr{a x^2 b / c x^3 d} will
22502 cancel @expr{x^2} from the top and bottom to get @expr{a b / c x d}.
22503 (The terms in the denominator will then be rearranged to @expr{c d x}
22504 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22505 factor in the numerator and denominator, it is cancelled out;
22506 for example, @expr{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @expr{(2 x + 3) / 4 x}.
22508 Non-constant common factors are not found even by @kbd{a s}.  To
22509 cancel the factor @expr{a} in @expr{(a x + a) / a^2} you could first
22510 use @kbd{j M} on the product @expr{a x} to Merge the numerator to
22511 @expr{a (1+x)}, which can then be simplified successfully.
22513 @tex
22514 \bigskip
22515 @end tex
22517 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22518 to the identity @expr{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22519 than the complex number @expr{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22520 will no longer occur.  This is done by @kbd{a s} instead of by default
22521 in case someone (unwisely) uses the name @code{i} for a variable
22522 unrelated to complex numbers; it would be unfortunate if Calc
22523 quietly and automatically changed this formula for reasons the
22524 user might not have been thinking of.
22526 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22527 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22528 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22529 pulled out so that @expr{@tfn{sqrt}(8)} is rewritten as
22530 @texline @math{2\,@tfn{sqrt}(2)}.
22531 @infoline @expr{2 sqrt(2)}.  
22532 Conceptually speaking this implies factoring the argument into primes
22533 and moving pairs of primes out of the square root, but for reasons of
22534 efficiency Calc only looks for primes up to 29.
22536 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22537 numerator:  @expr{1 / @tfn{sqrt}(3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(3) / 3}.
22538 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22539 @expr{@tfn{sqrt}(2:3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(6) / 3}.
22541 @tex
22542 \bigskip
22543 @end tex
22545 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22546 when the modulus @expr{M} is a positive real number.  First, if
22547 the argument is of the form @expr{x + n} for some real number
22548 @expr{n}, then @expr{n} is itself reduced modulo @expr{M}.  For
22549 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22551 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22552 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22553 cancelled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22554 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22555 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22556 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22557 about modulo forms in the presence of declarations.
22559 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22560 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22561 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22562 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22563 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22564 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22565 declared to be an integer.
22567 @tex
22568 \bigskip
22569 @end tex
22571 Trigonometric functions are simplified in several ways.  Whenever a
22572 products of two trigonometric functions can be replaced by a single
22573 function, the replacement is made; for example,
22574 @expr{@tfn{tan}(x) @tfn{cos}(x)} is simplified to @expr{@tfn{sin}(x)}. 
22575 Reciprocals of trigonometric functions are replaced by their reciprocal
22576 function; for example, @expr{1/@tfn{sec}(x)} is simplified to
22577 @expr{@tfn{cos}(x)}.  The corresponding simplifications for the
22578 hyperbolic functions are also handled.
22580 Trigonometric functions of their inverse functions are
22581 simplified. The expression @expr{@tfn{sin}(@tfn{arcsin}(x))} is
22582 simplified to @expr{x}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.  
22583 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22584 functions can also be simplified, as in @expr{@tfn{sin}(@tfn{arccos}(x))}
22585 to @expr{@tfn{sqrt}(1 - x^2)}.
22587 If the argument to @code{sin} is negative-looking, it is simplified to
22588 @expr{-@tfn{sin}(x)}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.
22589 Finally, certain special values of the argument are recognized;
22590 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22592 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22593 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22594 hyperbolic functions.
22596 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22597 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22598 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22599 @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22600 @expr{x}, since this only correct within an integer multiple of 
22601 @texline @math{2 \pi}
22602 @infoline @expr{2 pi} 
22603 radians or 360 degrees.  However, @expr{@tfn{arcsinh}(@tfn{sinh}(x))} is
22604 simplified to @expr{x} if @expr{x} is known to be real.
22606 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22607 are that @expr{@tfn{exp}(@tfn{ln}(x))}, 
22608 @texline @tfn{e}@math{^{\ln(x)}},
22609 @infoline @expr{e^@tfn{ln}(x)}, 
22611 @texline @math{10^{{\rm log10}(x)}}
22612 @infoline @expr{10^@tfn{log10}(x)} 
22613 all reduce to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))}, etc., can
22614 reduce to @expr{x} if @expr{x} is provably real.  The form
22615 @expr{@tfn{exp}(x)^y} is simplified to @expr{@tfn{exp}(x y)}.  If @expr{x}
22616 is a suitable multiple of 
22617 @texline @math{\pi i} 
22618 @infoline @expr{pi i}
22619 (as described above for the trigonometric functions), then
22620 @expr{@tfn{exp}(x)} or @expr{e^x} will be expanded.  Finally,
22621 @expr{@tfn{ln}(x)} is simplified to a form involving @code{pi} and
22622 @code{i} where @expr{x} is provably negative, positive imaginary, or
22623 negative imaginary. 
22625 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22626 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22627 function.
22629 @tex
22630 \bigskip
22631 @end tex
22633 Equations and inequalities are simplified by cancelling factors
22634 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
22635 change sign if a negative multiplicative factor is cancelled.
22636 Non-constant multiplicative factors as in @expr{a b = a c} are
22637 cancelled from equations only if they are provably nonzero (generally
22638 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
22639 are cancelled from inequalities only if they are nonzero and their
22640 sign is known.
22642 Simplification also replaces an equation or inequality with
22643 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
22644 declarations.  If @expr{x} is declared to be an integer greater
22645 than 5, then @expr{x < 3}, @expr{x = 3}, and @expr{x = 7.5} are
22646 all simplified to 0, but @expr{x > 3} is simplified to 1.
22647 By a similar analysis, @expr{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
22648 as is @expr{x^2 >= 0} if @expr{x} is known to be real.
22650 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
22651 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
22653 @noindent
22654 @cindex Unsafe simplifications
22655 @cindex Extended simplification
22656 @kindex a e
22657 @pindex calc-simplify-extended
22658 @ignore
22659 @mindex esimpl@idots
22660 @end ignore
22661 @tindex esimplify
22662 The @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
22663 is like @kbd{a s}
22664 except that it applies some additional simplifications which are not
22665 ``safe'' in all cases.  Use this only if you know the values in your
22666 formula lie in the restricted ranges for which these simplifications
22667 are valid.  The symbolic integrator uses @kbd{a e};
22668 one effect of this is that the integrator's results must be used with
22669 caution.  Where an integral table will often attach conditions like
22670 ``for positive @expr{a} only,'' Calc (like most other symbolic
22671 integration programs) will simply produce an unqualified result.
22673 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
22674 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
22675 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
22676 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
22677 to any specific part of a formula.
22679 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied by
22680 the @kbd{a e} command.  These are applied in addition to
22681 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
22682 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
22684 Following is a complete list of ``unsafe'' simplifications performed
22685 by @kbd{a e}.
22687 @tex
22688 \bigskip
22689 @end tex
22691 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
22692 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified
22693 by @kbd{a e}.  For example, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} changes
22694 to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{cos}(x))} and
22695 @expr{@tfn{arccos}(@tfn{sin}(x))} both change to @expr{@tfn{pi}/2 - x}.
22696 These simplifications are unsafe because they are valid only for
22697 values of @expr{x} in a certain range; outside that range, values
22698 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
22699 functions always produce.
22701 Powers of powers @expr{(x^a)^b} are simplified to 
22702 @texline @math{x^{a b}}
22703 @infoline @expr{x^(a b)}
22704 for all @expr{a} and @expr{b}.  These results will be valid only
22705 in a restricted range of @expr{x}; for example, in 
22706 @texline @math{(x^2)^{1:2}}
22707 @infoline @expr{(x^2)^1:2}
22708 the powers cancel to get @expr{x}, which is valid for positive values
22709 of @expr{x} but not for negative or complex values.
22711 Similarly, @expr{@tfn{sqrt}(x^a)} and @expr{@tfn{sqrt}(x)^a} are both
22712 simplified (possibly unsafely) to 
22713 @texline @math{x^{a/2}}.
22714 @infoline @expr{x^(a/2)}.
22716 Forms like @expr{@tfn{sqrt}(1 - sin(x)^2)} are simplified to, e.g.,
22717 @expr{@tfn{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
22718 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
22720 Arguments of square roots are partially factored to look for
22721 squared terms that can be extracted.  For example,
22722 @expr{@tfn{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to 
22723 @expr{a b @tfn{sqrt}(a+b)}.
22725 The simplifications of @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))},
22726 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)}, and @expr{@tfn{log10}(10^x)} to @expr{x} are also
22727 unsafe because of problems with principal values (although these
22728 simplifications are safe if @expr{x} is known to be real).
22730 Common factors are cancelled from products on both sides of an
22731 equation, even if those factors may be zero:  @expr{a x / b x}
22732 to @expr{a / b}.  Such factors are never cancelled from
22733 inequalities:  Even @kbd{a e} is not bold enough to reduce
22734 @expr{a x < b x} to @expr{a < b} (or @expr{a > b}, depending
22735 on whether you believe @expr{x} is positive or negative).
22736 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
22737 both sides of an inequality.
22739 @node Simplification of Units,  , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
22740 @subsection Simplification of Units
22742 @noindent
22743 The simplifications described in this section are applied by the
22744 @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command.  These are in addition
22745 to the regular @kbd{a s} (but not @kbd{a e}) simplifications described
22746 earlier.  @xref{Basic Operations on Units}.
22748 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
22749 the @kbd{u s} command.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
22750 and @code{AlgSimpRules}.
22752 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
22753 @xref{Matrix Mode}.
22755 Sums @expr{a + b} involving units are simplified by extracting the
22756 units of @expr{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
22757 @expr{u_a}), then simplifying the expression @expr{b / u_a}
22758 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
22759 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
22760 in terms of the units @expr{u_a}.
22762 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
22763 which the first argument is a number which is out of range for the
22764 leading unit are modified accordingly.
22766 When cancelling and combining units in products and quotients,
22767 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
22768 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
22769 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
22770 are not combined in this way.
22772 Quotients @expr{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
22773 if @expr{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
22774 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
22776 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
22777 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
22778 units of area) then they are replaced by the ratio between those
22779 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
22780 @samp{in / cm} will be replaced by @expr{2.54}.
22782 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
22783 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
22784 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
22786 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
22787 @expr{(a b)^c} to @expr{a^c b^c}, @expr{(a/b)^c} to @expr{a^c / b^c},
22788 and @expr{(a^b)^c} to 
22789 @texline @math{a^{b c}}
22790 @infoline @expr{a^(b c)} 
22791 are done if the powers are real numbers.  (These are safe in the context
22792 of units because all numbers involved can reasonably be assumed to be
22793 real.)
22795 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
22796 base units in that unit name all occur to powers which are a
22797 multiple of the denominator of the power, then the unit name
22798 is expanded out into its base units, which can then be simplified
22799 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
22800 is simplified by noting that @expr{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
22801 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
22802 @code{m} is a multiple of 2 in @expr{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
22803 replaced by approximately 
22804 @texline @math{(4046 m^2)^{1.5}}
22805 @infoline @expr{(4046 m^2)^1.5}, 
22806 which is then changed to 
22807 @texline @math{4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}},
22808 @infoline @expr{4046^1.5 (m^2)^1.5}, 
22809 then to @expr{257440 m^3}.
22811 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
22812 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
22813 applied to unit names or products or quotients involving units, are
22814 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
22815 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
22816 and the righthand term simplifies to @code{in}.
22818 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
22819 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
22820 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
22821 with the angular mode temporarily set to radians.
22823 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
22824 @section Polynomials
22826 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
22827 various powers of a ``base'' variable.  For example, @expr{2 x^2 + 3 x - 4}
22828 is a polynomial in @expr{x}.  Some formulas can be considered
22829 polynomials in several different variables:  @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
22830 is a polynomial in both @expr{x} and @expr{y}.  Polynomial coefficients
22831 are often numbers, but they may in general be any formulas not
22832 involving the base variable.
22834 @kindex a f
22835 @pindex calc-factor
22836 @tindex factor
22837 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
22838 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
22839 @expr{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
22840 example, @expr{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
22841 @expr{(a + b) (c + d)}.
22843 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
22844 linear in several variables, such as the second example above, are
22845 merged according to the distributive law.  Formulas which are
22846 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
22847 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
22848 terms.  The first example above factors into three linear terms
22849 (@expr{x}, @expr{x+1}, and @expr{x+1} again).  Finally, formulas
22850 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
22851 rewrite mechanism.
22853 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
22854 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
22855 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
22856 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
22857 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
22858 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
22859 integers (whose number of digits approaches the current precision).
22860 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
22861 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
22862 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
22863 version of Calc.)
22865 @vindex FactorRules
22866 @ignore
22867 @starindex
22868 @end ignore
22869 @tindex thecoefs
22870 @ignore
22871 @starindex
22872 @end ignore
22873 @ignore
22874 @mindex @idots
22875 @end ignore
22876 @tindex thefactors
22877 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
22878 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
22879 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
22880 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
22881 @expr{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
22882 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
22883 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
22884 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
22885 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
22886 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
22887 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
22888 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
22889 Calc then multiplies these terms together to get the complete
22890 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
22891 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
22892 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
22893 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
22894 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
22896 @kindex H a f
22897 @tindex factors
22898 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
22899 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
22900 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
22901 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
22902 @expr{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @expr{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
22903 in @kbd{a f}, or to @expr{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
22904 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
22905 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
22906 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @expr{x} with
22907 respect to the specific variable @expr{v}.  The default is to factor with
22908 respect to all the variables that appear in @expr{x}.
22910 @kindex a c
22911 @pindex calc-collect
22912 @tindex collect
22913 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
22914 formula as a
22915 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
22916 variable.  For example, given @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
22917 the stack, @kbd{a c x} would produce @expr{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
22918 and @kbd{a c y} would produce @expr{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
22919 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
22920 necessary:  Collecting @expr{x} in @expr{(x - 1)^3} produces
22921 @expr{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @expr{x} will
22922 not be expanded.
22924 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
22925 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
22926 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
22927 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
22928 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
22930 @kindex a x
22931 @pindex calc-expand
22932 @tindex expand
22933 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
22934 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
22935 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
22936 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
22937 the distributive law is applied only the specified number of times, then
22938 the partially expanded expression is left on the stack.
22940 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
22941 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
22942 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
22943 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
22944 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
22945 also know many other kinds of expansions, such as
22946 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
22947 do not do.)
22949 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
22950 expansion.  For example, the first step in expanding @expr{(x+1)^3} is
22951 to write @expr{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
22952 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
22953 simplify it back to @expr{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
22954 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
22955 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
22956 the way in one step.
22958 @kindex a a
22959 @pindex calc-apart
22960 @tindex apart
22961 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
22962 rational function by partial fractions.  A rational function is the
22963 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
22964 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
22965 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
22966 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
22967 chooses the base variable automatically.
22969 @kindex a n
22970 @pindex calc-normalize-rat
22971 @tindex nrat
22972 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
22973 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
22974 For example, given @expr{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
22975 @expr{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
22976 @kbd{a n} will simplify @expr{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
22977 out the common factor @expr{x + 1}, yielding @expr{(x + 1) / (x - 1)}.
22979 @kindex a \
22980 @pindex calc-poly-div
22981 @tindex pdiv
22982 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
22983 two polynomials @expr{u} and @expr{v}, yielding a new polynomial
22984 @expr{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
22985 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
22986 with the largest power in @expr{u} first, or, in the case of equal
22987 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
22988 dividing @expr{x^2 + 3 x + 2} by @expr{x + 2} yields @expr{x + 1}.
22989 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
22990 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
22992 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
22993 variable to be used as the base: @code{pdiv(@var{a},@var{b},@var{x})}.
22994 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
22995 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
22996 above.
22998 @kindex a %
22999 @pindex calc-poly-rem
23000 @tindex prem
23001 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
23002 two polynomials and keeps the remainder @expr{r}.  The quotient
23003 @expr{q} is discarded.  For any formulas @expr{a} and @expr{b}, the
23004 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @expr{a = q b + r}.
23005 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
23006 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
23008 @kindex a /
23009 @kindex H a /
23010 @pindex calc-poly-div-rem
23011 @tindex pdivrem
23012 @tindex pdivide
23013 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
23014 divides two polynomials and reports both the quotient and the
23015 remainder as a vector @expr{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
23016 command divides two polynomials and constructs the formula
23017 @expr{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
23018 this will immediately simplify to @expr{q}.)
23020 @kindex a g
23021 @pindex calc-poly-gcd
23022 @tindex pgcd
23023 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
23024 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
23025 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
23026 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
23027 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
23028 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
23029 definition of GCD ensures that this division can take place without
23030 leaving a remainder.)
23032 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
23033 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
23034 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
23035 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
23036 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
23037 automatically transforms this into a polynomial over the field of
23038 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
23040 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
23041 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
23042 polynomial routines used in the above commands.
23044 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
23045 extracting the individual coefficients of a polynomial.
23047 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
23048 @section Calculus
23050 @noindent
23051 The following calculus commands do not automatically simplify their
23052 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
23053 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
23054 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
23055 readable way.
23057 @menu
23058 * Differentiation::
23059 * Integration::
23060 * Customizing the Integrator::
23061 * Numerical Integration::
23062 * Taylor Series::
23063 @end menu
23065 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
23066 @subsection Differentiation
23068 @noindent
23069 @kindex a d
23070 @kindex H a d
23071 @pindex calc-derivative
23072 @tindex deriv
23073 @tindex tderiv
23074 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
23075 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
23076 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
23077 in the formula other than the specified differentiation variable are
23078 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
23079 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
23080 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
23081 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
23082 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
23083 are considered constant, as are variables that have been declared
23084 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
23086 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
23087 @var{n}th derivative.
23089 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
23090 Radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
23091 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
23092 answer!
23094 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
23095 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
23096 of @expr{f} with respect to @expr{x}, evaluated at the point 
23097 @texline @math{x=x_0}.
23098 @infoline @expr{x=x0}.
23100 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
23101 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
23102 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
23103 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
23104 derivative of @code{f}.
23106 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
23107 the functions according to their defining formulas unless you have
23108 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
23109 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
23110 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
23111 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
23112 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
23113 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
23115 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
23116 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
23117 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
23118 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
23119 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
23120 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
23121 argument once).
23123 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
23124 @subsection Integration
23126 @noindent
23127 @kindex a i
23128 @pindex calc-integral
23129 @tindex integ
23130 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
23131 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
23132 respect to a prompted-for variable.  The integrator is not guaranteed to
23133 work for all integrable functions, but it is able to integrate several
23134 large classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational
23135 function (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.
23136 (Rational functions don't have to be in explicit quotient form, however; 
23137 @texline @math{x/(1+x^{-2})}
23138 @infoline @expr{x/(1+x^-2)}
23139 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
23140 @expr{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
23141 @expr{x} and @expr{x^2} may appear in rational functions being
23142 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
23143 hyperbolic functions can be integrated.
23145 With an argument (@kbd{C-u a i}), this command will compute the definite
23146 integral of the expression on top of the stack.  In this case, the
23147 command will again prompt for an integration variable, then prompt for a
23148 lower limit and an upper limit.
23150 @ifnottex
23151 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23152 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23153 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23154 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23155 integral from @code{a} to @code{b}.
23156 @end ifnottex
23157 @tex
23158 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23159 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23160 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23161 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23162 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
23163 @end tex
23165 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
23166 produces results that are significantly more complex than they need to
23167 be.  For example, the integral Calc finds for 
23168 @texline @math{1/(x+\sqrt{x^2+1})}
23169 @infoline @expr{1/(x+sqrt(x^2+1))}
23170 is several times more complicated than the answer Mathematica
23171 returns for the same input, although the two forms are numerically
23172 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
23173 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
23174 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
23175 Calc's solution for 
23176 @texline @math{1/(1+\tan x)}
23177 @infoline @expr{1/(1+tan(x))} 
23178 differs from the solution given in the @emph{CRC Math Tables} by a
23179 constant factor of  
23180 @texline @math{\pi i / 2}
23181 @infoline @expr{pi i / 2},
23182 due to a different choice of constant of integration.
23184 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
23185 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
23186 from Degrees to Radians mode, then they will be thrown out.  If you
23187 suspect this is not happening when it should, use the
23188 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
23190 @vindex IntegLimit
23191 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
23192 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
23193 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
23194 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
23195 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
23196 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
23197 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
23198 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
23199 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
23200 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
23201 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
23202 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
23204 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
23205 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
23206 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
23207 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
23208 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
23210 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
23211 @subsection Customizing the Integrator
23213 @noindent
23214 @vindex IntegRules
23215 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
23216 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
23217 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
23218 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
23219 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
23220 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
23221 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
23222 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
23223 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
23224 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
23225 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
23226 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
23227 automatically made various transformations on the integral to allow it
23228 to use your rule; integral tables generally give rules for
23229 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
23230 in your @code{IntegRules}.
23232 @cindex Exponential integral Ei(x)
23233 @ignore
23234 @starindex
23235 @end ignore
23236 @tindex Ei
23237 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
23238 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
23239 integral'' function 
23240 @texline @math{{\rm Ei}(x)}
23241 @infoline @expr{Ei(x)} 
23242 was invented to describe it.
23243 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
23244 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
23245 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
23246 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
23247 work with Calc's various built-in integration methods (such as
23248 integration by substitution) to solve a variety of other problems
23249 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
23250 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
23251 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
23253 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
23254 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
23255 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
23256 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
23257 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
23258 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
23259 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
23260 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
23261 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still valid
23262 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
23263 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
23264 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
23265 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
23267 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
23268 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
23269 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
23270 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
23271 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
23272 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
23273 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
23274 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
23275 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
23276 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
23277 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
23278 it need not be.
23280 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
23281 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
23282 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
23283 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
23284 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
23285 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
23286 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
23287 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
23288 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
23289 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
23290 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
23291 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
23292 own with the information it knows, then your substitution rule will
23293 work only in very specific, simple cases.
23295 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
23296 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
23297 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
23298 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
23299 forever!)
23301 @vindex IntegSimpRules
23302 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
23303 every time the integrator uses @kbd{a s} to simplify an intermediate
23304 result.  For example, putting the rule @samp{twice(x) := 2 x} into
23305 @code{IntegSimpRules} would tell Calc to convert the @code{twice}
23306 function into a form it knows whenever integration is attempted.
23308 One more way to influence the integrator is to define a function with
23309 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
23310 integrator automatically expands such functions according to their
23311 defining formulas, even if you originally asked for the function to
23312 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
23313 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
23314 do this.)
23316 @vindex IntegAfterRules
23317 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
23318 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
23319 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
23320 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
23321 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
23322 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
23323 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
23324 (It also does an @kbd{a s}, without @code{IntegSimpRules}, after that
23325 to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
23326 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
23327 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
23328 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
23329 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
23330 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
23331 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
23332 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
23333 @code{IntegSimpRules}.
23335 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
23336 @subsection Numerical Integration
23338 @noindent
23339 @kindex a I
23340 @pindex calc-num-integral
23341 @tindex ninteg
23342 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23343 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23344 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23345 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23346 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23347 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23349 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23350 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23351 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23352 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23353 the Romberg method works especially well when the function being
23354 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23355 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23356 determine the value of the integral.
23358 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23359 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23360 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23361 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23362 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23363 well-behaved in the specified interval.
23365 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23366 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23367 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23368 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23369 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23370 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23371 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23373 @node Taylor Series,  , Numerical Integration, Calculus
23374 @subsection Taylor Series
23376 @noindent
23377 @kindex a t
23378 @pindex calc-taylor
23379 @tindex taylor
23380 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23381 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23382 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23383 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23384 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23385 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23386 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23387 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23388 may appear to get fewer terms than you asked for.
23390 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23391 function, you can get an approximation by integrating the function's
23392 Taylor series.
23394 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23395 @section Solving Equations
23397 @noindent
23398 @kindex a S
23399 @pindex calc-solve-for
23400 @tindex solve
23401 @cindex Equations, solving
23402 @cindex Solving equations
23403 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23404 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23405 expression of the form @expr{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23406 will rearrange @expr{y = 3x + 6} to the form, @expr{x = y/3 - 2}.  If the
23407 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23408 form @expr{X = 0}.
23410 This command also works for inequalities, as in @expr{y < 3x + 6}.
23411 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23412 be; for example, solving 
23413 @texline @math{a < b \, c}
23414 @infoline @expr{a < b c} 
23415 for @expr{b} is impossible
23416 without knowing the sign of @expr{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23417 produce the result 
23418 @texline @math{b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c}
23419 @infoline @expr{b != a/c} 
23420 (using the not-equal-to operator) to signify that the direction of the
23421 inequality is now unknown.  The inequality 
23422 @texline @math{a \le b \, c}
23423 @infoline @expr{a <= b c} 
23424 is not even partially solved.  @xref{Declarations}, for a way to tell
23425 Calc that the signs of the variables in a formula are in fact known.
23427 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23428 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @expr{x = y/3 - 2}
23429 to @expr{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23430 another formula with @expr{x} set equal to @expr{y/3 - 2}.
23432 @menu
23433 * Multiple Solutions::
23434 * Solving Systems of Equations::
23435 * Decomposing Polynomials::
23436 @end menu
23438 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23439 @subsection Multiple Solutions
23441 @noindent
23442 @kindex H a S
23443 @tindex fsolve
23444 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23445 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23446 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23447 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23448 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23449 signs (either @mathit{+1} or @mathit{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23450 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23451 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23452 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23453 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23454 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23455 of these variables.
23457 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23458 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23459 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23460 think about it is that the square-root operation is really a
23461 two-valued function; since every Calc function must return a
23462 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23463 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23464 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23466 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23467 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23468 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23469 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23470 Calc will report @expr{y = 9} as a valid solution, which is true
23471 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23472 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23473 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23475 @cindex @code{GenCount} variable
23476 @vindex GenCount
23477 @ignore
23478 @starindex
23479 @end ignore
23480 @tindex an
23481 @ignore
23482 @starindex
23483 @end ignore
23484 @tindex as
23485 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23486 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23487 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23488 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23489 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23490 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23491 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23492 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23493 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23494 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23495 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23496 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23497 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23498 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23500 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23501 way to create or edit this variable.  Press @kbd{C-c C-c} to finish.
23503 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23504 in that variable is not a positive integer, the regular
23505 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23507 @kindex I a S
23508 @kindex H I a S
23509 @tindex finv
23510 @tindex ffinv
23511 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23512 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23513 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23514 For example, @kbd{I a S x} inverts @expr{2x + 6} to @expr{x/2 - 3}.
23515 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23516 fully general inverse, as described above.
23518 @kindex a P
23519 @pindex calc-poly-roots
23520 @tindex roots
23521 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23522 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23523 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23524 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23525 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23526 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23527 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23528 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23529 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23530 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23531 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23532 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23533 reported; @pxref{Declarations}.)
23535 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23536 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23537 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23538 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @expr{x^4}
23539 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23540 can be:  @expr{x^6 + x^3 + 1} is converted to @expr{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23541 which can be solved for @expr{x^3} using the quadratic equation, and then
23542 for @expr{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23543 @expr{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23544 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23545 list of numerical roots, however, provided that Symbolic mode (@kbd{m s})
23546 is not turned on.  (If you work with Symbolic mode on, recall that the
23547 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23548 formula on the stack with Symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23549 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficients
23550 are all numbers (real or complex).
23552 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23553 @subsection Solving Systems of Equations
23555 @noindent
23556 @cindex Systems of equations, symbolic
23557 You can also use the commands described above to solve systems of
23558 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23559 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23560 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23561 at the prompt.)
23563 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23564 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23565 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23566 have the same length as the variables vector, and the variables
23567 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23568 are not always simplified as far as possible; the solution for
23569 @expr{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23570 command.
23572 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23573 time by solving one of the equations for that variable and then
23574 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23575 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23576 first tries to eliminate the first variable with the first
23577 equation, then the second variable with the second equation,
23578 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23579 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23580 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23581 nonlinear systems.
23583 @ignore
23584 @starindex
23585 @end ignore
23586 @tindex elim
23587 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23588 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23589 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23590 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23591 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23592 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23593 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23594 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23595 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23596 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23597 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23598 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23600 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23601 Calc simply eliminates those variables from the equations
23602 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23603 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23604 eliminated will reduce the number of equations in the system
23605 by one.
23607 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23608 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23609 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23610 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23611 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23612 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23613 variables you requested.)
23615 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23616 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23617 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23619 @node Decomposing Polynomials,  , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23620 @subsection Decomposing Polynomials
23622 @noindent
23623 @ignore
23624 @starindex
23625 @end ignore
23626 @tindex poly
23627 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23628 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23629 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23630 @expr{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @expr{x},
23631 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
23632 not involve the variable @expr{x}, the input is returned in a list
23633 of length one, representing a polynomial with only a constant
23634 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @expr{[0, 1]}.
23635 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
23636 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @expr{[]}.
23637 Note also that @expr{x} may actually be any formula; for example,
23638 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @expr{[3, -1, 1]}.
23640 @cindex Coefficients of polynomial
23641 @cindex Degree of polynomial
23642 To get the @expr{x^k} coefficient of polynomial @expr{p}, use
23643 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @expr{p},
23644 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
23645 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
23646 gives the @expr{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
23648 @ignore
23649 @starindex
23650 @end ignore
23651 @tindex gpoly
23652 One important feature of the solver is its ability to recognize
23653 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
23654 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
23655 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
23656 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
23657 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
23658 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
23659 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
23660 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
23661 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
23662 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
23663 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
23664 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
23665 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
23666 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
23667 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
23668 is considered trivial.
23670 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
23671 since the expanded form of this polynomial is @expr{4 - 4 x + x^2}.
23673 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
23674 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
23675 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
23676 since a quadratic polynomial in @expr{x^2} is easier to solve than
23677 a quartic polynomial in @expr{x}.
23679 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
23680 discover:
23682 @smallexample
23683 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
23684 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
23685 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
23686 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
23687 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
23688 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
23689 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
23690 @end smallexample
23692 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
23693 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
23694 If this is @expr{n}, then only @var{c} vectors of length @expr{n+1}
23695 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
23696 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
23697 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
23698 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
23699 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
23701 @ignore
23702 @starindex
23703 @end ignore
23704 @tindex pdeg
23705 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
23706 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
23707 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
23708 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
23709 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
23710 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
23711 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
23712 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
23713 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
23714 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
23715 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
23716 (minus infinity).
23718 @ignore
23719 @starindex
23720 @end ignore
23721 @tindex plead
23722 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
23723 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
23724 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
23725 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
23726 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @expr{p = 0}.
23728 @ignore
23729 @starindex
23730 @end ignore
23731 @tindex pcont
23732 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
23733 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
23734 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
23735 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
23736 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
23737 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
23738 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
23739 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
23740 coefficient.
23742 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
23743 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
23744 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
23745 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
23746 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
23747 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
23748 Dividing the polynomial by this number will clear all the
23749 denominators, as well as dividing by any common content in the
23750 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
23751 if all the coefficients in the polynomial are negative.
23753 @ignore
23754 @starindex
23755 @end ignore
23756 @tindex pprim
23757 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
23758 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
23759 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
23760 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
23761 terms.
23763 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
23764 @section Numerical Solutions
23766 @noindent
23767 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
23768 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
23769 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
23770 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
23771 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
23773 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
23774 on numerical data.)
23776 @menu
23777 * Root Finding::
23778 * Minimization::
23779 * Numerical Systems of Equations::
23780 @end menu
23782 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
23783 @subsection Root Finding
23785 @noindent
23786 @kindex a R
23787 @pindex calc-find-root
23788 @tindex root
23789 @cindex Newton's method
23790 @cindex Roots of equations
23791 @cindex Numerical root-finding
23792 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
23793 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
23794 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
23795 of formula, it is interpreted as an equation of the form @expr{X = 0}.)
23797 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
23798 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
23799 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
23800 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
23801 a value is assigned to the solution variable and the formula is
23802 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
23803 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
23804 this command.
23806 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
23807 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
23808 solves the equation, and the difference between the lefthand and
23809 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
23810 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
23811 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
23812 number may be slightly different from the value you would compute from
23813 the equation yourself.)
23815 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
23816 the first element of the result vector, discarding the error term.
23818 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
23819 for a real solution near that number, or a complex number, in which
23820 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
23821 solution, or it can be an interval form which restricts the search
23822 to real numbers inside that interval.
23824 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
23825 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
23826 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
23827 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
23828 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
23829 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
23830 complex number, the function must be differentiable.
23832 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
23833 is negative at one end of the interval you specify and positive at
23834 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
23835 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
23836 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
23837 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
23839 @kindex H a R
23840 @tindex wroot
23841 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
23842 that if the initial guess is an interval for which the function has
23843 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
23844 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
23845 you are not sure if the function has a root in your interval.
23847 If the function is not differentiable, and you give a simple number
23848 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
23849 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
23850 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
23851 require a bounding interval in order to work.)
23853 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
23854 form on the stack, it will normally display an explanation for why
23855 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
23856 (@code{calc-why}) to get it back.
23858 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
23859 @subsection Minimization
23861 @noindent
23862 @kindex a N
23863 @kindex H a N
23864 @kindex a X
23865 @kindex H a X
23866 @pindex calc-find-minimum
23867 @pindex calc-find-maximum
23868 @tindex minimize
23869 @tindex maximize
23870 @cindex Minimization, numerical
23871 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
23872 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
23873 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
23874 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
23875 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
23876 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
23877 value of the variable which minimizes the formula's value, along
23878 with the minimum value itself.
23880 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
23881 have more than one minimum; some, like 
23882 @texline @math{x \sin x},
23883 @infoline @expr{x sin(x)}, 
23884 have infinitely many.  In fact, there is no easy way to define the
23885 ``global'' minimum of 
23886 @texline @math{x \sin x}
23887 @infoline @expr{x sin(x)} 
23888 but Calc can still locate any particular local minimum
23889 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
23890 finds a point at which the function's value is greater both to the left
23891 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
23893 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
23894 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
23895 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @expr{17 x}
23896 over @expr{[2..3]} will return @expr{[2, 38]}, but minimizing over
23897 @expr{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
23898 use closed intervals to find literally the minimum value in that
23899 range of @expr{x}, or open intervals to find the local minimum, if
23900 any, that happens to lie in that range.
23902 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
23903 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
23904 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
23905 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
23906 answer.
23908 @ignore
23909 @mindex wmin@idots
23910 @end ignore
23911 @tindex wminimize
23912 @ignore
23913 @mindex wmax@idots
23914 @end ignore
23915 @tindex wmaximize
23916 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
23917 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
23918 that the minimum lie inside the interval you supply.
23920 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
23921 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
23922 negative of the formula you supply.
23924 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
23925 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
23926 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
23927 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
23928 be minimized over the reals.
23930 @node Numerical Systems of Equations,  , Minimization, Numerical Solutions
23931 @subsection Systems of Equations
23933 @noindent
23934 @cindex Systems of equations, numerical
23935 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
23936 case, the equation should instead be a vector of equations, the
23937 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
23938 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
23939 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
23940 equation must be differentiable by each variable for this mode to
23941 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
23942 values that solved the system of equations, and the differences
23943 between the sides of the equations with those variable values.
23944 There must be the same number of equations as variables.  Since
23945 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
23946 no effect when solving a system of equations.
23948 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
23949 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
23950 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
23951 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
23952 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
23953 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
23954 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
23956 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
23957 @section Curve Fitting
23959 @noindent
23960 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
23961 such as @expr{y = m x + b} where @expr{m} and @expr{b} are parameters
23962 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
23963 no single @expr{m} and @expr{b} that exactly fit the data; in this
23964 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
23965 possible fit.
23967 @menu
23968 * Linear Fits::
23969 * Polynomial and Multilinear Fits::
23970 * Error Estimates for Fits::
23971 * Standard Nonlinear Models::
23972 * Curve Fitting Details::
23973 * Interpolation::
23974 @end menu
23976 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
23977 @subsection Linear Fits
23979 @noindent
23980 @kindex a F
23981 @pindex calc-curve-fit
23982 @tindex fit
23983 @cindex Linear regression
23984 @cindex Least-squares fits
23985 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
23986 to fit a set of data (@expr{x} and @expr{y} vectors of numbers) to a
23987 straight line, polynomial, or other function of @expr{x}.  For the
23988 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
23989 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
23990 fit for the data.
23992 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @expr{(x,y)}
23993 data points that we wish to fit to the model @expr{y = m x + b}
23994 by adjusting the parameters @expr{m} and @expr{b} to make the @expr{y}
23995 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
23996 @expr{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
23997 instead, say, @expr{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
23998 we have data points of the form @expr{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
23999 @expr{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
24001 In the model formula, variables like @expr{x} and @expr{x_2} are called
24002 the @dfn{independent variables}, and @expr{y} is the @dfn{dependent
24003 variable}.  Variables like @expr{m}, @expr{a}, and @expr{b} are called
24004 the @dfn{parameters} of the model.
24006 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
24007 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
24008 for a linear or polynomial fit, this would be a 
24009 @texline @math{2\times N}
24010 @infoline 2xN
24011 matrix where the first row is a list of @expr{x} values and the second
24012 row has the corresponding @expr{y} values.  For the multilinear fit
24013 shown above, the matrix would have four rows (@expr{x_1}, @expr{x_2},
24014 @expr{x_3}, and @expr{y}, respectively).
24016 If you happen to have an 
24017 @texline @math{N\times2}
24018 @infoline Nx2
24019 matrix instead of a 
24020 @texline @math{2\times N}
24021 @infoline 2xN
24022 matrix, just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
24024 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
24025 linear fit, press the digit @kbd{1}.
24027 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
24028 high letters like @expr{x} and @expr{y} for independent variables and
24029 low letters like @expr{a} and @expr{b} for parameters.  (The dependent
24030 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
24031 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
24032 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
24033 name only those and let the parameters use default names.
24035 For example, suppose the data matrix
24037 @ifnottex
24038 @example
24039 @group
24040 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
24041   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
24042 @end group
24043 @end example
24044 @end ifnottex
24045 @tex
24046 \turnoffactive
24047 \turnoffactive
24048 \beforedisplay
24049 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
24050              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
24052 \afterdisplay
24053 @end tex
24055 @noindent
24056 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
24057 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @key{RET} to use
24058 the default names.  The result will be the formula @expr{3 + 2 x}
24059 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
24060 then found the optimal values of @expr{a} and @expr{b} to fit the
24061 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
24062 substituted those values for @expr{a} and @expr{b} in the model
24063 formula.
24065 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
24066 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
24067 a vector of the actual parameter values, written as equations:
24068 @expr{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
24069 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
24070 to move this vector to the stack; see @ref{Trail Commands}.
24072 Specifying a different independent variable name will affect the
24073 resulting formula: @kbd{a F 1 k @key{RET}} produces @kbd{3 + 2 k}.
24074 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m @key{RET}}) will affect
24075 the equations that go into the trail.
24077 @tex
24078 \bigskip
24079 @end tex
24081 To see what happens when the fit is not exact, we could change
24082 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
24083 The result is:
24085 @example
24086 2.6 + 2.2 x
24087 @end example
24089 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 @key{RET} @key{TAB} V M $ @key{RET}}, shows
24090 a reasonably close match to the y-values in the data.
24092 @example
24093 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
24094 @end example
24096 Since there is no line which passes through all the @var{n} data points,
24097 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
24098 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
24099 error measure
24101 @ifnottex
24102 @example
24103 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
24104 @end example
24105 @end ifnottex
24106 @tex
24107 \turnoffactive
24108 \beforedisplay
24109 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
24110 \afterdisplay
24111 @end tex
24113 @noindent
24114 which is clearly zero if @expr{a + b x} exactly fits all data points,
24115 and increases as various @expr{a + b x_i} values fail to match the
24116 corresponding @expr{y_i} values.  There are several reasons why the
24117 summand is squared, one of them being to ensure that 
24118 @texline @math{\chi^2 \ge 0}.
24119 @infoline @expr{chi^2 >= 0}.
24120 Least-squares fitting simply chooses the values of @expr{a} and @expr{b}
24121 for which the error 
24122 @texline @math{\chi^2}
24123 @infoline @expr{chi^2} 
24124 is as small as possible.
24126 Other kinds of models do the same thing but with a different model
24127 formula in place of @expr{a + b x_i}.
24129 @tex
24130 \bigskip
24131 @end tex
24133 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
24134 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @var{n}
24135 will take @var{N} items from the stack, corresponding to the @var{n} rows
24136 of a data matrix.  In the linear case, @var{n} must be 2 since there
24137 is always one independent variable and one dependent variable.
24139 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
24140 items from the stack, an @var{n}-row matrix of @expr{x} values, and a
24141 vector of @expr{y} values.  If there is only one independent variable,
24142 the @expr{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
24143 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
24145 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
24146 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
24148 @noindent
24149 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
24150 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
24151 we could fit the original data matrix from the previous section
24152 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
24153 @kbd{a F 2 @key{RET}}.
24155 @example
24156 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
24157 @end example
24159 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
24160 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
24161 for @expr{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
24162 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
24163 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get Fraction mode.
24164 Then the @expr{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
24165 the data being fitted will be approximate floats so Fraction mode
24166 won't help.)
24168 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
24169 gives a much larger @expr{x^2} contribution, as Calc bends the
24170 line slightly to improve the fit.
24172 @example
24173 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
24174 @end example
24176 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
24177 is always possible to fit @var{n} data points exactly using a polynomial
24178 of degree @mathit{@var{n}-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
24179 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
24180 a polynomial that exactly matches all five data points:
24182 @example
24183 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
24184 @end example
24186 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
24187 @expr{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
24188 It is a good idea to increase the working precision to several
24189 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
24190 Or, if your data are exact, use Fraction mode to get exact
24191 results.
24193 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
24194 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
24195 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
24196 automatically.
24198 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
24199 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
24200 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
24201 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
24202 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
24203 command described below.  @xref{Interpolation}.
24205 @tex
24206 \bigskip
24207 @end tex
24209 Another generalization of the linear model is to assume the
24210 @expr{y} values are a sum of linear contributions from several
24211 @expr{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
24212 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
24213 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
24215 Given the data matrix,
24217 @example
24218 @group
24219 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
24220   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
24221   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
24222 @end group
24223 @end example
24225 @noindent
24226 the command @kbd{a F 1 @key{RET}} will call the first row @expr{x} and the
24227 second row @expr{y}, and will fit the values in the third row to the
24228 model @expr{a + b x + c y}.
24230 @example
24231 8. + 3. x + 0.5 y
24232 @end example
24234 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
24235 (i.e., with any number of data rows).
24237 @tex
24238 \bigskip
24239 @end tex
24241 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
24242 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
24243 means the model formula is simply @expr{a x}; in the multilinear
24244 case, the model might be @expr{a x + b y + c z}; and in the polynomial
24245 case, the model could be @expr{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
24246 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
24247 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
24249 It is certainly possible to have other constrained linear models,
24250 like @expr{2.3 + a x} or @expr{a - 4 x}.  While there is no single
24251 key to select models like these, a later section shows how to enter
24252 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
24253 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
24255 Another class of models that will work but must be entered by hand
24256 are multinomial fits, e.g., @expr{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
24258 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
24259 @subsection Error Estimates for Fits
24261 @noindent
24262 @kindex H a F
24263 @tindex efit
24264 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
24265 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
24266 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
24267 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
24269 @example
24270 3. + 2. x
24271 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
24272 @end example
24274 In the first case the estimated errors are zero because the linear
24275 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
24276 moderately small, because the data are still very close to linear.
24278 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
24279 contain error forms.  The data values must either all include errors
24280 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
24281 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
24282 row contains error forms
24283 @texline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@math{\sigma_i}', 
24284 @infoline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@var{sigma_i}', 
24285 then the 
24286 @texline @math{\chi^2}
24287 @infoline @expr{chi^2}
24288 statistic is now,
24290 @ifnottex
24291 @example
24292 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
24293 @end example
24294 @end ifnottex
24295 @tex
24296 \turnoffactive
24297 \beforedisplay
24298 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
24299 \afterdisplay
24300 @end tex
24302 @noindent
24303 so that data points with larger error estimates contribute less to
24304 the fitting operation.
24306 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
24307 errors for a given data point are combined; the square root of the
24308 sum of the squares of the errors forms the 
24309 @texline @math{\sigma_i}
24310 @infoline @expr{sigma_i} 
24311 used for the data point.
24313 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
24314 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
24315 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
24316 estimates.
24318 If the input contains error forms but all the 
24319 @texline @math{\sigma_i}
24320 @infoline @expr{sigma_i} 
24321 values are the same, it is easy to see that the resulting fitted model
24322 will be the same as if the input did not have error forms at all 
24323 @texline (@math{\chi^2}
24324 @infoline (@expr{chi^2}
24325 is simply scaled uniformly by 
24326 @texline @math{1 / \sigma^2},
24327 @infoline @expr{1 / sigma^2}, 
24328 which doesn't affect where it has a minimum).  But there @emph{will} be
24329 a difference in the estimated errors of the coefficients reported by
24330 @kbd{H a F}. 
24332 Consult any text on statistical modeling of data for a discussion
24333 of where these error estimates come from and how they should be
24334 interpreted.
24336 @tex
24337 \bigskip
24338 @end tex
24340 @kindex I a F
24341 @tindex xfit
24342 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
24343 information.  The result is a vector of six items:
24345 @enumerate
24346 @item
24347 The model formula with error forms for its coefficients or
24348 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
24349 produced.
24351 @item
24352 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
24353 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
24354 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
24355 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @expr{d}, this vector
24356 will have length @expr{M = d+1} with the constant term first.
24358 @item
24359 The covariance matrix @expr{C} computed from the fit.  This is
24360 an @var{m}x@var{m} symmetric matrix; the diagonal elements
24361 @texline @math{C_{jj}}
24362 @infoline @expr{C_j_j} 
24363 are the variances 
24364 @texline @math{\sigma_j^2}
24365 @infoline @expr{sigma_j^2} 
24366 of the parameters.  The other elements are covariances
24367 @texline @math{\sigma_{ij}^2} 
24368 @infoline @expr{sigma_i_j^2} 
24369 that describe the correlation between pairs of parameters.  (A related
24370 set of numbers, the @dfn{linear correlation coefficients} 
24371 @texline @math{r_{ij}},
24372 @infoline @expr{r_i_j},
24373 are defined as 
24374 @texline @math{\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j}.)
24375 @infoline @expr{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
24377 @item
24378 A vector of @expr{M} ``parameter filter'' functions whose
24379 meanings are described below.  If no filters are necessary this
24380 will instead be an empty vector; this is always the case for the
24381 polynomial and multilinear fits described so far.
24383 @item
24384 The value of 
24385 @texline @math{\chi^2}
24386 @infoline @expr{chi^2} 
24387 for the fit, calculated by the formulas shown above.  This gives a
24388 measure of the quality of the fit; statisticians consider
24389 @texline @math{\chi^2 \approx N - M}
24390 @infoline @expr{chi^2 = N - M} 
24391 to indicate a moderately good fit (where again @expr{N} is the number of
24392 data points and @expr{M} is the number of parameters).
24394 @item
24395 A measure of goodness of fit expressed as a probability @expr{Q}.
24396 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24397 function using 
24398 @texline @math{\chi^2}
24399 @infoline @expr{chi^2} 
24400 with @expr{N - M} degrees of freedom.  A
24401 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24402 @expr{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24403 particular, 
24404 @texline @math{\chi^2}
24405 @infoline @expr{chi^2} 
24406 statistics assume the errors in your inputs
24407 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24408 have to accept smaller values of @expr{Q}.
24410 The @expr{Q} value is computed only if the input included error
24411 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24412 for @expr{Q}.  The reason is that in this case the 
24413 @texline @math{\chi^2}
24414 @infoline @expr{chi^2}
24415 value has effectively been used to estimate the original errors
24416 in the input, and thus there is no redundant information left
24417 over to use for a confidence test.
24418 @end enumerate
24420 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24421 @subsection Standard Nonlinear Models
24423 @noindent
24424 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24425 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24426 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24428 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24430 @table @kbd
24431 @item 1
24432 Linear or multilinear.  @mathit{a + b x + c y + d z}.
24433 @item 2-9
24434 Polynomials.  @mathit{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24435 @item e
24436 Exponential.  @mathit{a} @tfn{exp}@mathit{(b x)} @tfn{exp}@mathit{(c y)}.
24437 @item E
24438 Base-10 exponential.  @mathit{a} @tfn{10^}@mathit{(b x)} @tfn{10^}@mathit{(c y)}.
24439 @item x
24440 Exponential (alternate notation).  @tfn{exp}@mathit{(a + b x + c y)}.
24441 @item X
24442 Base-10 exponential (alternate).  @tfn{10^}@mathit{(a + b x + c y)}.
24443 @item l
24444 Logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{ln}@mathit{(x) + c} @tfn{ln}@mathit{(y)}.
24445 @item L
24446 Base-10 logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{log10}@mathit{(x) + c} @tfn{log10}@mathit{(y)}.
24447 @item ^
24448 General exponential.  @mathit{a b^x c^y}.
24449 @item p
24450 Power law.  @mathit{a x^b y^c}.
24451 @item q
24452 Quadratic.  @mathit{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24453 @item g
24454 Gaussian.  
24455 @texline @math{{a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)}.
24456 @infoline @mathit{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24457 @end table
24459 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24460 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24461 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24462 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24463 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24465 All models except Gaussian and polynomials can generalize as shown to any
24466 number of independent variables.  Also, all the built-in models have an
24467 additive or multiplicative parameter shown as @expr{a} in the above table
24468 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24469 before the model key.
24471 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24472 the parameters slightly differently.  For example, @expr{a b^x} and
24473 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24474 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24475 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24476 matches the problem.
24478 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24479 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24480 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24481 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24482 @expr{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24483 @expr{b} is what it calls the ``slope.''
24485 @tex
24486 \bigskip
24487 @end tex
24489 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24490 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24491 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24492 will work, though---see the next section for details.)
24494 The model can also be an equation like @expr{y = m x + b}.
24495 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24496 equal terms; this model effectively has two parameters
24497 (@expr{m} and @expr{b}) and two independent variables (@expr{x}
24498 and @expr{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24499 do not need to take this @expr{y =} form.  For example, the
24500 implicit line equation @expr{a x + b y = 1} works fine as a
24501 model.
24503 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24504 the variables that appear in the model.  These are used for the
24505 default parameters, independent variables, and dependent variable
24506 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24507 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24508 and thus does not need a name.
24510 For example, if the model formula has the variables @expr{a,mu,sigma,t,x},
24511 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24512 Calc will use @expr{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24513 data rows will be named @expr{t} and @expr{x}, respectively.  If you
24514 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @expr{a,mu}
24515 as the parameters, and @expr{sigma,t,x} as the three independent
24516 variables.
24518 You can, of course, override these choices by entering something
24519 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24520 those variables must have stored values and those stored values will
24521 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24522 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24523 If you list only independent variables, all the remaining variables
24524 in the model formula will become parameters.
24526 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24527 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24528 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24529 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24530 a linear model.
24532 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24533 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24534 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24535 choose which variables in the formula are independent by default and
24536 which are parameters.
24538 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24539 two or three elements, @expr{[@var{model}, @var{vars}]} or
24540 @expr{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24541 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24542 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24543 those listed as @var{vars} are parameters.)
24545 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24546 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24548 @tex
24549 \bigskip
24550 @end tex
24552 @vindex Model1
24553 @vindex Model2
24554 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24555 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24556 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24557 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24558 accept for a model on the stack.
24560 @tex
24561 \bigskip
24562 @end tex
24564 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24565 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24566 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24567 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24568 returns results in the range from @mathit{-90} to 90 degrees (or the
24569 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24570 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24571 so that the argument of the sine might go from zero to 
24572 @texline @math{3\times360}
24573 @infoline @mathit{3*360} 
24574 degrees.
24575 The above model would appear to be a good way to determine the
24576 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24577 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24578 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @expr{t}, but
24579 the lefthand side will bounce back and forth between @mathit{-90} and 90.
24580 No values of @expr{a} and @expr{b} can make the two sides match,
24581 even approximately.
24583 There is no good solution to this problem at present.  You could
24584 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24585 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24586 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24587 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24588 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24589 taking Fourier and related transforms.)
24591 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24592 @subsection Curve Fitting Details
24594 @noindent
24595 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24596 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24597 @expr{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @expr{a,b,c}
24598 are the parameters and @expr{x,y,z} are the independent variables
24599 (of course there can be any number of each, not just three).
24601 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24602 to convert the model into this form.  For example, if the model
24603 is @expr{a + b x + c x^2}, then @expr{f(x) = 1}, @expr{g(x) = x},
24604 and @expr{h(x) = x^2} are suitable functions.
24606 For other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24607 to try to put the problem into the form
24609 @smallexample
24610 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)
24611 @end smallexample
24613 @noindent
24614 where @expr{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24615 @expr{Y}, @expr{F}, @expr{G}, and @expr{H} for all the data points,
24616 does a standard linear fit to find the values of @expr{A}, @expr{B},
24617 and @expr{C}, then uses the equation solver to solve for @expr{a,b,c}
24618 in terms of @expr{A,B,C}.
24620 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24621 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24622 model @expr{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24623 can be rewritten as follows:
24625 @example
24626 y = a x^b
24627 y = a exp(b ln(x))
24628 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24629 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24630 @end example
24632 @noindent
24633 which matches the desired form with 
24634 @texline @math{Y = \ln(y)},
24635 @infoline @expr{Y = ln(y)}, 
24636 @texline @math{A = \ln(a)},
24637 @infoline @expr{A = ln(a)},
24638 @expr{F = 1}, @expr{B = b}, and 
24639 @texline @math{G = \ln(x)}.
24640 @infoline @expr{G = ln(x)}.  
24641 Calc thus computes the logarithms of your @expr{y} and @expr{x} values,
24642 does a linear fit for @expr{A} and @expr{B}, then solves to get 
24643 @texline @math{a = \exp(A)} 
24644 @infoline @expr{a = exp(A)} 
24645 and @expr{b = B}.
24647 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
24648 be handled by expanding according to the distributive law.
24650 @example
24651 y = a + b*(x - c)^2
24652 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
24653 @end example
24655 @noindent
24656 which matches with @expr{Y = y}, @expr{A = a + b c^2}, @expr{F = 1},
24657 @expr{B = -2 b c}, @expr{G = x} (the @mathit{-2} factor could just as easily
24658 have been put into @expr{G} instead of @expr{B}), @expr{C = b}, and
24659 @expr{H = x^2}.
24661 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
24662 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
24663 exponential that can be brought to the top and moved into @expr{Y}.
24665 An example of a model that cannot be put into general linear
24666 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
24667 @expr{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
24668 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
24669 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
24670 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
24671 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
24672 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
24673 Note that some models can be linearized in several ways.  The
24674 Gaussian-plus-@var{d} model can be linearized by setting @expr{d}
24675 (the background) to a constant, or by setting @expr{b} (the standard
24676 deviation) and @expr{c} (the mean) to constants.
24678 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
24679 store suitable values in those parameter variables, then omit them
24680 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
24682 @tex
24683 \bigskip
24684 @end tex
24686 A last desperate step would be to use the general-purpose
24687 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
24688 functions solve the problem of minimizing an expression (the 
24689 @texline @math{\chi^2}
24690 @infoline @expr{chi^2}
24691 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
24692 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
24693 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
24694 command can do the same thing by brute force.
24696 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
24697 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
24698 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
24699 to be minimized would be the value of 
24700 @texline @math{\chi^2}
24701 @infoline @expr{chi^2} 
24702 returned as the fifth result of the @code{xfit} function:
24704 @smallexample
24705 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
24706 @end smallexample
24708 @noindent
24709 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
24710 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
24711 the initial guess for @expr{d} that @code{minimize} requires.
24712 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
24713 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
24714 were used by itself to solve the problem).
24716 @tex
24717 \bigskip
24718 @end tex
24720 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
24721 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
24722 vector of ``raw'' parameters @expr{A}, @expr{B}, @expr{C}.  The
24723 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
24724 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
24725 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
24726 as the requested parameters, i.e., if @expr{A = a}, @expr{B = b},
24727 and so on (which is always true if the model is already linear
24728 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
24729 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
24730 of one formula per parameter in the original model.  The raw
24731 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
24732 @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)} for @expr{B},
24733 and so on.
24735 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
24736 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
24737 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
24738 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
24739 values to be substituted into the original model.  In the case of
24740 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
24741 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
24742 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
24743 standard error-form arithmetic take it from there.
24745 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
24746 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
24747 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
24748 figure out how to interpret the covariances in the presence of
24749 nontrivial filter functions.
24751 Things are also complicated when the input contains error forms.
24752 Suppose there are three independent and dependent variables, @expr{x},
24753 @expr{y}, and @expr{z}, one or more of which are error forms in the
24754 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
24755 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @expr{x}
24756 and @expr{y} to be plain numbers, and makes @expr{z} into an error
24757 form with this combined error.  The @expr{Y(x,y,z)} part of the
24758 linearized model is evaluated, and the result should be an error
24759 form.  The error part of that result is used for 
24760 @texline @math{\sigma_i}
24761 @infoline @expr{sigma_i} 
24762 for the data point.  If for some reason @expr{Y(x,y,z)} does not return 
24763 an error form, the combined error from @expr{z} is used directly for 
24764 @texline @math{\sigma_i}.
24765 @infoline @expr{sigma_i}.  
24766 Finally, @expr{z} is also stripped of its error
24767 for use in computing @expr{F(x,y,z)}, @expr{G(x,y,z)} and so on;
24768 the righthand side of the linearized model is computed in regular
24769 arithmetic with no error forms.
24771 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
24772 the most reasonable thing in the typical case that @expr{Y(x,y,z)}
24773 depends only on the dependent variable @expr{z}, and in fact is
24774 often simply equal to @expr{z}.  For common cases like polynomials
24775 and multilinear models, the combined error is simply used as the
24776 @texline @math{\sigma}
24777 @infoline @expr{sigma} 
24778 for the data point with no further ado.)
24780 @tex
24781 \bigskip
24782 @end tex
24784 @vindex FitRules
24785 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
24786 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
24787 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
24788 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
24789 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
24790 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
24791 @xref{Operations on Variables}.
24793 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
24795 @ignore
24796 @starindex
24797 @end ignore
24798 @tindex fitvar
24799 @ignore
24800 @starindex
24801 @end ignore
24802 @ignore
24803 @mindex @idots
24804 @end ignore
24805 @tindex fitparam
24806 @ignore
24807 @starindex
24808 @end ignore
24809 @ignore
24810 @mindex @null
24811 @end ignore
24812 @tindex fitmodel
24813 @ignore
24814 @starindex
24815 @end ignore
24816 @ignore
24817 @mindex @null
24818 @end ignore
24819 @tindex fitsystem
24820 @ignore
24821 @starindex
24822 @end ignore
24823 @ignore
24824 @mindex @null
24825 @end ignore
24826 @tindex fitdummy
24827 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
24828 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
24829 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
24830 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
24831 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
24832 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
24833 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
24834 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
24835 model @expr{a x^b} is converted to @expr{y = a x^b}, then to
24837 @smallexample
24838 @group
24839 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
24840 @end group
24841 @end smallexample
24843 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
24844 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
24845 changes are possible.)
24847 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
24848 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
24850 @example
24851 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
24852 @end example
24854 @noindent
24855 where @var{Y} is a formula that describes the function @expr{Y(x,y,z)},
24856 @var{FGH} is the vector of formulas @expr{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
24857 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
24858 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)}
24859 for @expr{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
24860 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
24861 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
24863 The power law model eventually boils down to
24865 @smallexample
24866 @group
24867 fitsystem(ln(fitvar(2)),
24868           [1, ln(fitvar(1))],
24869           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
24870 @end group
24871 @end smallexample
24873 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
24874 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
24875 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
24876 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
24877 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
24878 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
24879 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
24880 and the distributive law is used to expand products of sums.
24881 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
24882 @samp{fitinv(x)} represents @expr{1/x} while the @code{FitRules}
24883 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
24884 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
24885 will probably only need to modify the rules for this phase.
24887 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
24888 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
24889 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
24890 initially zero and @var{model} has been changed from @expr{a=b}
24891 to @expr{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
24892 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
24893 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
24894 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
24895 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
24896 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
24897 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
24898 raw parameters, for now.)
24900 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
24901 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
24902 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
24903 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
24904 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
24905 that involve only independent variables.  (If this decomposition
24906 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
24907 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
24908 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
24909 using the distributive law in order to minimize the number of
24910 raw parameters needed.
24912 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
24913 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
24914 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
24915 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
24916 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
24917 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
24918 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
24919 least-squares solver wants to see.
24921 @ignore
24922 @starindex
24923 @end ignore
24924 @ignore
24925 @mindex hasfit@idots
24926 @end ignore
24927 @tindex hasfitparams
24928 @ignore
24929 @starindex
24930 @end ignore
24931 @ignore
24932 @mindex @null
24933 @end ignore
24934 @tindex hasfitvars
24935 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
24936 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
24937 whether @expr{x} refers to any parameters or independent variables,
24938 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
24939 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
24940 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
24941 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
24942 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
24943 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
24945 @tex
24946 \bigskip
24947 @end tex
24949 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
24950 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
24951 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
24952 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
24953 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
24954 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
24955 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
24956 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
24957 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
24958 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
24960 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
24961 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
24962 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
24963 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
24964 and the lower ones for @var{params}.
24966 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
24967 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
24968 and variables, as discussed previously.
24970 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
24971 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
24972 message will be ``Model expression is too complex'' if the
24973 linearizer was unable to put the model into the required form.
24975 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
24976 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
24978 @node Interpolation,  , Curve Fitting Details, Curve Fitting
24979 @subsection Polynomial Interpolation
24981 @kindex a p
24982 @pindex calc-poly-interp
24983 @tindex polint
24984 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
24985 a polynomial interpolation at a particular @expr{x} value.  It takes
24986 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
24987 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @expr{x}
24988 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
24989 then substitutes the @expr{x} value into the result in order to get an
24990 approximate @expr{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
24991 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
24992 efficient and more numerically stable.)
24994 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @expr{y}
24995 value approximation, and an error measure @expr{dy} that reflects Calc's
24996 estimation of the probable error of the approximation at that value of
24997 @expr{x}.  If the input @expr{x} is equal to any of the @expr{x} values
24998 in the data matrix, the output @expr{y} will be the corresponding @expr{y}
24999 value from the matrix, and the output @expr{dy} will be exactly zero.
25001 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
25002 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
25004 If @expr{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
25005 interpolated results for each of those @expr{x} values.  (The matrix will
25006 have two columns, the @expr{y} values and the @expr{dy} values.)
25007 If @expr{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
25008 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
25009 a formula that describes the fit in symbolic terms.
25011 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
25012 on the stack.  Only the @expr{x} value is replaced by the result.
25014 @kindex H a p
25015 @tindex ratint
25016 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
25017 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
25018 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
25019 @expr{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
25020 each have degree @expr{N/2} (if @expr{N} is odd, the denominator will
25021 have degree one higher than the numerator).
25023 Rational approximations have the advantage that they can accurately
25024 describe functions that have poles (points at which the function's value
25025 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
25026 goes to zero).  If @expr{x} corresponds to a pole of the fitted rational
25027 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
25028 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
25030 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
25031 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
25032 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
25033 capabilities to fit.)
25035 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
25036 @section Summations
25038 @noindent
25039 @cindex Summation of a series
25040 @kindex a +
25041 @pindex calc-summation
25042 @tindex sum
25043 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
25044 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
25045 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
25046 name of the summation index variable, the lower limit of the
25047 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
25048 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
25049 any later ones are answered by reading additional elements from
25050 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 @key{RET} ' k @key{RET} 1 @key{RET} 5 @key{RET} a + @key{RET}}
25051 produces the result 55.
25052 @tex
25053 \turnoffactive
25054 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
25055 @end tex
25057 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
25058 use a variable with a stored value.  In particular, while
25059 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
25060 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @expr{(0, 1)}
25061 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
25062 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @expr{(0, 1)}!
25063 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
25064 @w{@kbd{s u i @key{RET}}} first to ``unstore'' this variable.
25065 (@xref{Storing Variables}.)
25067 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
25068 than by one.  Thus @kbd{' a_k @key{RET} C-u -2 a + k @key{RET} 10 @key{RET} 0 @key{RET}}
25069 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
25070 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
25071 step value, in which case you can enter any formula or enter
25072 a blank line to take the step value from the stack.  With the
25073 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
25074 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
25075 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
25077 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
25078 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
25079 this is possible if the formula being summed is polynomial or
25080 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
25081 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
25082 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
25083 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
25084 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
25085 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
25086 whenever it can for the sake of efficiency.
25088 The notation for sums in algebraic formulas is
25089 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
25090 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
25091 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
25092 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
25093 and @samp{inf}, respectively.
25095 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
25096 returns @expr{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
25097 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
25098 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
25099 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
25100 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
25101 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
25102 symbolic form.  @xref{Infinities}.
25104 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
25105 described above) but the formula includes vectors subscripted by
25106 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
25107 the limits to include only the range of integers which result in
25108 valid subscripts for the vector.  For example, the sum
25109 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
25111 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
25112 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
25113 Calc computes the number of iterations using the formula
25114 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
25115 after simplification as if by @kbd{a s}, evaluate to an integer.
25117 If the number of iterations according to the above formula does
25118 not come out to an integer, the sum is invalid and will be left
25119 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
25120 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
25121 substituting mismatched bounds into them.  For example,
25122 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
25123 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
25124 the rather dubious answer, 29.25.
25126 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
25127 positive step size), the result is generally zero.  However,
25128 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
25129 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
25130 of iterations is @mathit{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
25131 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
25132 if Calc used a closed form solution.
25134 Calc's logical predicates like @expr{a < b} return 1 for ``true''
25135 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
25136 used to advantage for building conditional sums.  For example,
25137 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
25138 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
25139 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
25140 as ``the sum of @expr{k^2}, where @expr{k} is prime.''  Indeed,
25141 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
25142 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
25143 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
25144 closed form.
25146 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
25147 sum of @expr{f(k)} for all @expr{k} from 1 to @expr{n}, excluding
25148 one value @expr{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
25149 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
25150 the sum of all @expr{1/(k-k_0)} except at @expr{k = k_0}, where
25151 this would be a division by zero.  But at @expr{k = k_0}, this
25152 formula works out to the indeterminate form @expr{0 / 0}, which
25153 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
25154 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
25155 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if 
25156 @texline @math{k \ne k_0},
25157 @infoline @expr{k != k_0},
25158 then @expr{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @expr{1/(k-k_0)}
25159 will not even be evaluated by Calc when @expr{k = k_0}.
25161 @cindex Alternating sums
25162 @kindex a -
25163 @pindex calc-alt-summation
25164 @tindex asum
25165 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
25166 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
25167 are given alternating signs, with the first term (corresponding
25168 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
25169 are converted to normal sums with an extra term of the form
25170 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
25171 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
25172 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
25173 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
25174 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
25175 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
25176 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
25178 @cindex Product of a sequence
25179 @kindex a *
25180 @pindex calc-product
25181 @tindex prod
25182 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
25183 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
25184 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
25185 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
25186 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
25188 @kindex a T
25189 @pindex calc-tabulate
25190 @tindex table
25191 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
25192 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
25193 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
25194 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
25195 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
25197 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
25198 @section Logical Operations
25200 @noindent
25201 The following commands and algebraic functions return true/false values,
25202 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
25203 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
25204 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
25205 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
25206 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
25207 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
25208 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
25209 portion if its condition is provably true, but it will execute the
25210 ``else'' portion for any condition like @expr{a = b} that is not
25211 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
25212 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
25213 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
25214 false.  @xref{Declarations}.)
25216 @kindex a =
25217 @pindex calc-equal-to
25218 @tindex eq
25219 @tindex =
25220 @tindex ==
25221 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
25222 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
25223 formula) is true if @expr{a} and @expr{b} are equal, either because they
25224 are identical expressions, or because they are numbers which are
25225 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
25226 1.0.)  If the equality of @expr{a} and @expr{b} cannot be determined,
25227 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
25228 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
25229 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
25231 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
25232 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
25233 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
25234 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
25235 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
25236 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
25237 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
25238 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
25239 zero if not.
25241 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
25242 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
25243 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
25244 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
25245 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
25246 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
25247 variables).
25249 @kindex a #
25250 @pindex calc-not-equal-to
25251 @tindex neq
25252 @tindex !=
25253 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
25254 @samp{a != b} function, is true if @expr{a} and @expr{b} are not equal.
25255 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
25256 tests that all four of @expr{a}, @expr{b}, @expr{c}, and @expr{d} are
25257 distinct numbers.
25259 @kindex a <
25260 @tindex lt
25261 @ignore
25262 @mindex @idots
25263 @end ignore
25264 @kindex a >
25265 @ignore
25266 @mindex @null
25267 @end ignore
25268 @kindex a [
25269 @ignore
25270 @mindex @null
25271 @end ignore
25272 @kindex a ]
25273 @pindex calc-less-than
25274 @pindex calc-greater-than
25275 @pindex calc-less-equal
25276 @pindex calc-greater-equal
25277 @ignore
25278 @mindex @null
25279 @end ignore
25280 @tindex gt
25281 @ignore
25282 @mindex @null
25283 @end ignore
25284 @tindex leq
25285 @ignore
25286 @mindex @null
25287 @end ignore
25288 @tindex geq
25289 @ignore
25290 @mindex @null
25291 @end ignore
25292 @tindex <
25293 @ignore
25294 @mindex @null
25295 @end ignore
25296 @tindex >
25297 @ignore
25298 @mindex @null
25299 @end ignore
25300 @tindex <=
25301 @ignore
25302 @mindex @null
25303 @end ignore
25304 @tindex >=
25305 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
25306 operation is true if @expr{a} is less than @expr{b}.  Similar functions
25307 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
25308 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
25309 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
25311 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
25312 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
25313 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
25314 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
25315 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
25316 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
25317 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
25318 involve both equalities and inequalities, are not allowed.
25320 @kindex a .
25321 @pindex calc-remove-equal
25322 @tindex rmeq
25323 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
25324 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
25325 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
25326 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
25327 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
25328 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
25329 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
25330 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
25331 righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
25332 taking the lefthand side.
25334 @kindex a &
25335 @pindex calc-logical-and
25336 @tindex land
25337 @tindex &&
25338 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
25339 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
25340 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @expr{a} or
25341 @expr{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
25342 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
25344 @kindex a |
25345 @pindex calc-logical-or
25346 @tindex lor
25347 @tindex ||
25348 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
25349 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
25350 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
25351 are nonzero.  If both @expr{a} and @expr{b} are zero, the result is
25352 zero.
25354 @kindex a !
25355 @pindex calc-logical-not
25356 @tindex lnot
25357 @tindex !
25358 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
25359 function is true if @expr{a} is false (zero), or false if @expr{a} is
25360 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @expr{a} is not a
25361 number.
25363 @kindex a :
25364 @pindex calc-logical-if
25365 @tindex if
25366 @ignore
25367 @mindex ? :
25368 @end ignore
25369 @tindex ?
25370 @ignore
25371 @mindex @null
25372 @end ignore
25373 @tindex :
25374 @cindex Arguments, not evaluated
25375 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
25376 function is equal to either @expr{b} or @expr{c} if @expr{a} is a nonzero
25377 number or zero, respectively.  If @expr{a} is not a number, the test is
25378 left in symbolic form and neither @expr{b} nor @expr{c} is evaluated in
25379 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
25380 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
25381 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
25382 @code{condition}.
25384 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
25385 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
25386 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
25387 @samp{a?(3):4} instead.
25389 As a special case, if @expr{a} evaluates to a vector, then both @expr{b}
25390 and @expr{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
25391 as @expr{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
25392 @expr{b} and @expr{c} according to whether each element of @expr{a}
25393 is zero or nonzero.  Each of @expr{b} and @expr{c} must be either a
25394 vector of the same length as @expr{a}, or a non-vector which is matched
25395 with all elements of @expr{a}.
25397 @kindex a @{
25398 @pindex calc-in-set
25399 @tindex in
25400 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
25401 the number @expr{a} is in the set of numbers represented by @expr{b}.
25402 If @expr{b} is an interval form, @expr{a} must be one of the values
25403 encompassed by the interval.  If @expr{b} is a vector, @expr{a} must be
25404 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
25405 intervals, @expr{a} must be in any of the intervals.)  If @expr{b} is a
25406 plain number, @expr{a} must be numerically equal to @expr{b}.
25407 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
25408 of this sort.
25410 @ignore
25411 @starindex
25412 @end ignore
25413 @tindex typeof
25414 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
25415 characterizes @expr{a}.  If @expr{a} is a number, vector, or variable,
25416 the result will be one of the following numbers:
25418 @example
25419  1   Integer
25420  2   Fraction
25421  3   Floating-point number
25422  4   HMS form
25423  5   Rectangular complex number
25424  6   Polar complex number
25425  7   Error form
25426  8   Interval form
25427  9   Modulo form
25428 10   Date-only form
25429 11   Date/time form
25430 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
25431 100  Variable
25432 101  Vector (but not a matrix)
25433 102  Matrix
25434 @end example
25436 Otherwise, @expr{a} is a formula, and the result is a variable which
25437 represents the name of the top-level function call.
25439 @ignore
25440 @starindex
25441 @end ignore
25442 @tindex integer
25443 @ignore
25444 @starindex
25445 @end ignore
25446 @tindex real
25447 @ignore
25448 @starindex
25449 @end ignore
25450 @tindex constant
25451 The @samp{integer(a)} function returns true if @expr{a} is an integer.
25452 The @samp{real(a)} function
25453 is true if @expr{a} is a real number, either integer, fraction, or
25454 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @expr{a} is
25455 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
25456 code result except for variables, and provided that the components of
25457 an object like a vector or error form are themselves constant.
25458 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
25459 special constants like @code{pi} and @code{e}.
25461 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
25462 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
25463 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
25464 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25465 literally an integer constant.
25467 @ignore
25468 @starindex
25469 @end ignore
25470 @tindex refers
25471 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25472 @expr{b} appears in @expr{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25473 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25474 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25475 @code{refers} will be left unevaluated is if @expr{a} is a plain
25476 variable (different from @expr{b}).
25478 @ignore
25479 @starindex
25480 @end ignore
25481 @tindex negative
25482 The @samp{negative(a)} function returns true if @expr{a} ``looks'' negative,
25483 because it is a negative number, because it is of the form @expr{-x},
25484 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25485 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25486 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @expr{a}, so it can only
25487 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25488 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25489 as a rewrite rule condition).
25491 @ignore
25492 @starindex
25493 @end ignore
25494 @tindex variable
25495 The @samp{variable(a)} function is true if @expr{a} is a variable,
25496 or false if not.  If @expr{a} is a function call, this test is left
25497 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25498 are considered variables like any others by this test.
25500 @ignore
25501 @starindex
25502 @end ignore
25503 @tindex nonvar
25504 The @samp{nonvar(a)} function is true if @expr{a} is a non-variable.
25505 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25506 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25507 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25508 often good enough.
25510 @ignore
25511 @starindex
25512 @end ignore
25513 @tindex lin
25514 @ignore
25515 @starindex
25516 @end ignore
25517 @tindex linnt
25518 @ignore
25519 @starindex
25520 @end ignore
25521 @tindex islin
25522 @ignore
25523 @starindex
25524 @end ignore
25525 @tindex islinnt
25526 @cindex Linearity testing
25527 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25528 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25529 @expr{a + b x} for some constants @expr{a} and @expr{b}, and some
25530 variable or subformula @expr{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25531 if formula @expr{f} is linear in @expr{x}, returning 1 if so.  For
25532 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25533 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25534 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25535 @expr{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25536 @expr{[0, 1, x]}, @expr{[0, -1, x]}, @expr{[3, 0, x]}, and
25537 @expr{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25538 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25539 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25540 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25541 returns true.
25543 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25544 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25545 @expr{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25546 returns @expr{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @expr{[y, 0, x]},
25547 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25548 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25549 linear in @expr{x}).
25551 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25552 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25553 formula.  Here, the @expr{a=0}, @expr{b=1} case is also considered
25554 trivial, and only constant values for @expr{a} and @expr{b} are
25555 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @expr{[0, 2, x y]},
25556 @samp{lin(2 - x y)} returns @expr{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25557 returns @expr{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25558 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25559 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25560 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25562 @ignore
25563 @starindex
25564 @end ignore
25565 @tindex istrue
25566 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @expr{a} is a nonzero
25567 number or provably nonzero formula, or 0 if @expr{a} is anything else.
25568 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25569 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25570 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25571 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25572 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25573 in symbolic form.)
25575 @node Rewrite Rules,  , Logical Operations, Algebra
25576 @section Rewrite Rules
25578 @noindent
25579 @cindex Rewrite rules
25580 @cindex Transformations
25581 @cindex Pattern matching
25582 @kindex a r
25583 @pindex calc-rewrite
25584 @tindex rewrite
25585 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25586 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25587 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25588 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25589 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25590 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25591 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25592 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25593 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25595 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25596 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25597 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25598 entries are being parsed, converting strings of characters into
25599 Calc formulas.
25601 @menu
25602 * Entering Rewrite Rules::
25603 * Basic Rewrite Rules::
25604 * Conditional Rewrite Rules::
25605 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25606 * Other Features of Rewrite Rules::
25607 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25608 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25609 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25610 * Selections with Rewrite Rules::
25611 * Matching Commands::
25612 * Automatic Rewrites::
25613 * Debugging Rewrites::
25614 * Examples of Rewrite Rules::
25615 @end menu
25617 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25618 @subsection Entering Rewrite Rules
25620 @noindent
25621 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25622 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25623 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25624 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25625 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25626 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25627 assignments in special ways.
25629 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25630 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25631 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
25632 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
25633 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
25635 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
25636 rules.
25638 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
25639 in several ways:
25641 @enumerate
25642 @item
25643 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) @key{RET}}.
25644 @item
25645 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] @key{RET}}.
25646 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
25647 @item
25648 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
25649 @kbd{myrules @key{RET}}.
25650 @item
25651 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
25652 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
25653 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
25654 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
25655 @item
25656 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
25657 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
25658 rewritten will come from the second-to-top position).
25659 @end enumerate
25661 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
25662 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
25663 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
25665 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
25666 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
25667 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
25668 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
25669 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
25670 @pxref{Operations on Variables}.
25672 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
25673 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
25674 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
25675 through that variable, they will be compiled once and saved away
25676 along with the variable for later reference.  This is another good
25677 reason to store your rules in a variable.
25679 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
25680 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
25681 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
25683 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
25684 @subsection Basic Rewrite Rules
25686 @noindent
25687 To match a particular formula @expr{x} with a particular rewrite rule
25688 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @expr{x} with
25689 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
25690 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @expr{x}
25691 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
25692 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
25693 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
25694 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
25695 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
25696 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
25697 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
25699 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
25700 corresponding sub-formulas of @expr{x} must be identical.  Thus
25701 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
25702 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
25703 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
25705 Things other than variables must match exactly between the pattern
25706 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
25707 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
25708 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
25709 @samp{sin(a)+y}.
25711 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
25712 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
25713 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
25714 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
25716 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
25717 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
25718 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
25719 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
25720 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
25722 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
25723 throughout the target formula until no further changes are possible
25724 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
25725 change at a time.
25727 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
25728 @subsection Conditional Rewrite Rules
25730 @noindent
25731 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
25732 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
25733 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
25734 is present in the
25735 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
25736 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
25737 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
25738 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
25739 with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}).  If the result is a nonzero
25740 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
25741 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
25742 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
25743 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
25744 1 or 0 according to the results of various tests.
25746 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @expr{n}
25747 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
25748 @expr{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
25749 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
25750 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
25751 (assuming no outstanding declarations for @expr{a}).  In the case of
25752 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
25753 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
25754 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
25756 While Calc will use declarations to reason about variables in the
25757 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
25758 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
25759 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
25760 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
25761 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
25762 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
25763 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
25764 the condition.
25766 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
25767 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
25768 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
25770 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
25771 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
25773 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
25774 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
25775 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
25776 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
25777 decides when it is best to test each condition while a rule is being
25778 matched.
25780 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
25781 system and are tested very efficiently:  Where @expr{x} is any
25782 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
25783 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @expr{y}
25784 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
25785 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
25786 where @expr{a} and @expr{b} are constants.  Other conditions, like
25787 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
25788 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
25790 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
25791 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
25792 because conditions often are expressions that cannot safely be
25793 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
25794 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
25795 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
25796 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
25797 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
25798 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
25800 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
25801 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
25802 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
25803 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
25804 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
25805 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
25806 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
25807 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
25808 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
25810 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
25811 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
25813 @noindent
25814 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
25815 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
25816 the associativity and commutativity of the following functions into
25817 account:
25819 @smallexample
25820 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
25821 @end smallexample
25823 For example, the rewrite rule:
25825 @example
25826 a x + b x  :=  (a + b) x
25827 @end example
25829 @noindent
25830 will match formulas of the form,
25832 @example
25833 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
25834 @end example
25836 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
25837 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
25839 @example
25840 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
25841 @end example
25843 @noindent
25844 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
25846 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
25847 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
25848 will take whichever suitable pair it discovers first.
25850 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
25851 will try @var{2 n} different ways to match a sum of @var{n} terms
25852 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
25853 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
25854 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
25855 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
25856 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
25857 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
25859 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
25860 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
25861 Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
25862 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
25863 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
25864 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
25865 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
25866 enable Matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
25867 from occurring.
25869 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
25870 the rule
25872 @example
25873 f(-x)  :=  -f(x)
25874 @end example
25876 @noindent
25877 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
25878 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
25879 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
25880 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
25881 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
25882 condition is:
25884 @example
25885 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
25886 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
25887 @end example
25889 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
25890 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
25892 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
25893 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
25894 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
25895 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
25897 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
25898 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
25899 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
25900 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
25901 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
25902 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
25903 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
25904 because while few mathematical operations are substantively different
25905 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
25906 of multiplication, division, and integer powers separately.
25908 Even more subtle is the rule set
25910 @example
25911 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
25912 @end example
25914 @noindent
25915 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
25916 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
25917 the above two rules in turn, but actually this will not work because
25918 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
25919 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
25920 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
25921 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
25922 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
25923 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
25924 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
25925 rule will have to be added.
25927 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
25928 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
25929 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
25930 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
25931 of the above rule for complex numbers would be
25933 @example
25934 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
25935 @end example
25937 @noindent
25938 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
25939 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
25940 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
25941 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
25942 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
25943 conjugate of a real number.)
25945 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
25947 @example
25948 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
25949 @end example
25951 @noindent
25952 will match the formula
25954 @example
25955 5 (x^2 - 4) + 3 x
25956 @end example
25958 @noindent
25959 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
25960 formulas like
25962 @example
25963 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
25964 @end example
25966 @noindent
25967 producing, respectively,
25969 @example
25970 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
25971 @end example
25973 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
25974 have been turned off with @kbd{m O}.)
25976 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
25977 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
25978 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
25979 with @samp{a = -1}.
25981 In particular, the distributive-law rule can be refined to
25983 @example
25984 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
25985 @end example
25987 @noindent
25988 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
25990 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
25991 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
25992 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
25993 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
25994 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
25995 @samp{x/z} is considered linear with @expr{b = 1/z} by @code{lin},
25996 but it will not match the above pattern because that pattern calls
25997 for a multiplication, not a division.
25999 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
26000 by 1,
26002 @example
26003 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
26004 @end example
26006 @noindent
26007 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
26008 an equal factor.  Here's a more successful rule:
26010 @example
26011 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
26012 @end example
26014 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
26015 because one @expr{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
26017 Calc automatically converts a rule like
26019 @example
26020 f(x-1, x)  :=  g(x)
26021 @end example
26023 @noindent
26024 into the form
26026 @example
26027 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
26028 @end example
26030 @noindent
26031 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
26032 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
26033 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
26034 respectively, then verifying that they differ by one even though
26035 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
26037 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
26038 following rule,
26040 @example
26041 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
26042 @end example
26044 @noindent
26045 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
26046 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
26047 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
26048 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
26049 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
26050 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
26051 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
26053 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
26054 You could make this resemble the original form more closely by using
26055 @code{let} notation, which is described in the next section:
26057 @example
26058 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
26059 @end example
26061 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
26062 which involves only the functions in the following list, operating
26063 only on constants and meta-variables which have already been matched
26064 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
26065 careful to match arguments which are plain variables before arguments
26066 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
26067 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
26068 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
26070 @smallexample
26071 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
26072 max min  re im conj arg
26073 @end smallexample
26075 You can suppress all of the special treatments described in this
26076 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
26077 This marker causes the function call which is its argument to be
26078 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
26079 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
26080 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
26081 For example,
26083 @example
26084 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
26085 @end example
26087 @noindent
26088 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
26089 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
26090 commutativity and associativity is still considered while matching
26091 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
26092 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
26093 further and use
26095 @example
26096 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
26097 @end example
26099 @noindent
26100 which would do a completely strict match for the pattern.
26102 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
26103 function name but also the arguments must be literally the same.
26104 The above pattern will match @samp{x - x y} but
26106 @example
26107 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
26108 @end example
26110 @noindent
26111 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
26113 @example
26114 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
26115 @end example
26117 @noindent
26118 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
26119 effect!
26121 A certain amount of algebra is also done when substituting the
26122 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
26123 in the rule
26125 @example
26126 a + f(b)  :=  f(a + b)
26127 @end example
26129 @noindent
26130 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
26131 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
26132 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
26133 the default simplifications would do this anyway, so this
26134 special simplification is only noticeable if you have turned the
26135 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
26136 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
26137 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
26138 marker on the righthand side:
26140 @example
26141 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
26142 @end example
26144 @noindent
26145 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
26146 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
26147 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
26149 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26150 @subsection Other Features of Rewrite Rules
26152 @noindent
26153 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
26154 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
26155 markers that work inside a pattern; then come the markers that
26156 work in the righthand side of a rule.
26158 @ignore
26159 @starindex
26160 @end ignore
26161 @tindex import
26162 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
26163 rule.  Here @expr{x} is the name of a variable containing another
26164 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
26165 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
26166 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
26167 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
26168 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
26169 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
26170 the rule set @expr{x} with all occurrences of 
26171 @texline @math{v_1},
26172 @infoline @expr{v1}, 
26173 as either a variable name or a function name, replaced with 
26174 @texline @math{x_1}
26175 @infoline @expr{x1} 
26176 and so on.  (If 
26177 @texline @math{v_1}
26178 @infoline @expr{v1} 
26179 is used as a function name, then 
26180 @texline @math{x_1}
26181 @infoline @expr{x1}
26182 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
26183 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
26184 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
26185 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
26186 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
26188 The special functions allowed in patterns are:
26190 @table @samp
26191 @item quote(x)
26192 @ignore
26193 @starindex
26194 @end ignore
26195 @tindex quote
26196 This pattern matches exactly @expr{x}; variable names in @expr{x} are
26197 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
26198 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
26199 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
26200 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
26201 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
26202 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
26203 as a result in this case.)
26205 @item plain(x)
26206 @ignore
26207 @starindex
26208 @end ignore
26209 @tindex plain
26210 Here @expr{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
26211 pattern matches a call to function @expr{f} with the specified
26212 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
26213 function @expr{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
26214 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
26215 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
26216 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
26217 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
26219 @item opt(x,def)
26220 @ignore
26221 @starindex
26222 @end ignore
26223 @tindex opt
26224 Here @expr{x} must be a variable name.  This must appear as an
26225 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
26226 the argument or element is optional.
26227 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
26228 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
26229 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
26230 binding one summand to @expr{x} and the other to @expr{y}, and it
26231 matches anything else by binding the whole expression to @expr{x} and
26232 zero to @expr{y}.  The other operators above work similarly.
26234 For general miscellaneous functions, the default value @code{def}
26235 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
26236 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
26237 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
26238 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @expr{b} are
26239 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
26240 the literal variable @expr{b} will be the default in the latter
26241 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @expr{b}.
26242 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
26244 @item condition(x,c)
26245 @ignore
26246 @starindex
26247 @end ignore
26248 @tindex condition
26249 @tindex ::
26250 This matches the pattern @expr{x}, with the attached condition
26251 @expr{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
26253 @item pand(x,y)
26254 @ignore
26255 @starindex
26256 @end ignore
26257 @tindex pand
26258 @tindex &&&
26259 This matches anything that matches both pattern @expr{x} and
26260 pattern @expr{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
26261 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
26263 @item por(x,y)
26264 @ignore
26265 @starindex
26266 @end ignore
26267 @tindex por
26268 @tindex |||
26269 This matches anything that matches either pattern @expr{x} or
26270 pattern @expr{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
26272 @item pnot(x)
26273 @ignore
26274 @starindex
26275 @end ignore
26276 @tindex pnot
26277 @tindex !!!
26278 This matches anything that does not match pattern @expr{x}.
26279 It is the same as @samp{!!! x}.
26281 @item cons(h,t)
26282 @ignore
26283 @mindex cons
26284 @end ignore
26285 @tindex cons (rewrites)
26286 This matches any vector of one or more elements.  The first
26287 element is matched to @expr{h}; a vector of the remaining
26288 elements is matched to @expr{t}.  Note that vectors of fixed
26289 length can also be matched as actual vectors:  The rule
26290 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
26291 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
26293 @item rcons(t,h)
26294 @ignore
26295 @mindex rcons
26296 @end ignore
26297 @tindex rcons (rewrites)
26298 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
26299 is matched to @expr{h}, with the remaining elements matched
26300 to @expr{t}.
26302 @item apply(f,args)
26303 @ignore
26304 @mindex apply
26305 @end ignore
26306 @tindex apply (rewrites)
26307 This matches any function call.  The name of the function, in
26308 the form of a variable, is matched to @expr{f}.  The arguments
26309 of the function, as a vector of zero or more objects, are
26310 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
26311 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
26312 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
26313 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
26314 matches any function call with exactly two arguments, and
26315 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
26316 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
26317 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
26318 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
26319 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
26320 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
26322 @example
26323 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
26324    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
26325 @end example
26327 Note, however, that this will be slower to match than a rule
26328 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
26329 the rules of a rule set according to top-level function name;
26330 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
26331 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
26332 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
26333 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
26335 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
26336 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
26337 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
26339 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
26340 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
26341 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
26342 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
26343 Also note that you will have to use No-Simplify mode (@kbd{m O})
26344 when entering this rule so that the @code{apply} isn't
26345 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
26346 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
26347 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
26348 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
26350 @item select(x)
26351 @ignore
26352 @starindex
26353 @end ignore
26354 @tindex select
26355 This is used for applying rules to formulas with selections;
26356 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
26357 @end table
26359 Special functions for the righthand sides of rules are:
26361 @table @samp
26362 @item quote(x)
26363 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
26364 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
26365 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
26366 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
26367 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
26368 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
26369 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
26370 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
26371 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
26372 protecting rules from evaluation.)
26374 @item plain(x)
26375 Special properties of and simplifications for the function call
26376 @expr{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
26377 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
26378 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
26379 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
26380 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
26381 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
26383 @item cons(h,t)
26384 Where @expr{t} is a vector, this is converted into an expanded
26385 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
26386 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
26387 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
26388 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
26389 have been turned off.
26391 @item rcons(t,h)
26392 Analogous to @code{cons} except putting @expr{h} at the @emph{end} of
26393 the vector @expr{t}.
26395 @item apply(f,args)
26396 Where @expr{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
26397 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
26398 is also a regular Calc function.
26400 @item eval(x)
26401 @ignore
26402 @starindex
26403 @end ignore
26404 @tindex eval
26405 The formula @expr{x} is handled in the usual way, then the
26406 default simplifications are applied to it even if they have
26407 been turned off normally.  This allows you to treat any function
26408 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
26409 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
26410 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
26411 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
26413 @item evalsimp(x)
26414 @ignore
26415 @starindex
26416 @end ignore
26417 @tindex evalsimp
26418 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the usual
26419 way, then algebraically simplified as if by the @kbd{a s} command.
26421 @item evalextsimp(x)
26422 @ignore
26423 @starindex
26424 @end ignore
26425 @tindex evalextsimp
26426 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the normal
26427 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
26429 @item select(x)
26430 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
26431 @end table
26433 There are also some special functions you can use in conditions.
26435 @table @samp
26436 @item let(v := x)
26437 @ignore
26438 @starindex
26439 @end ignore
26440 @tindex let
26441 The expression @expr{x} is evaluated with meta-variables substituted.
26442 The @kbd{a s} command's simplifications are @emph{not} applied by
26443 default, but @expr{x} can include calls to @code{evalsimp} or
26444 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
26445 of simplification.  The
26446 result of @expr{x} is then bound to the meta-variable @expr{v}.  As
26447 usual, if this meta-variable has already been matched to something
26448 else the two values must be equal; if the meta-variable is new then
26449 it is bound to the result of the expression.  This variable can then
26450 appear in later conditions, and on the righthand side of the rule.
26451 In fact, @expr{v} may be any pattern in which case the result of
26452 evaluating @expr{x} is matched to that pattern, binding any
26453 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
26454 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
26455 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
26456 an @samp{||} term or otherwise buried.
26458 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
26459 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
26460 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
26461 in the main part of a rewrite rule.
26463 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
26464 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
26465 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
26466 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
26467 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
26468 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
26469 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
26470 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
26471 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
26472 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
26473 be bound to @code{ia}.
26475 Here's another example, for integrating cosines of linear
26476 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
26477 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
26478 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
26479 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
26480 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
26481 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
26482 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
26483 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
26484 rearrangement of the argument of the sine.)
26486 @ignore
26487 @starindex
26488 @end ignore
26489 @tindex ierf
26490 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
26491 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
26492 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
26493 where the first number is the desired solution.  If no solution
26494 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
26495 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
26497 @example
26498 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
26499 @end example
26501 @item matches(v,p)
26502 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
26503 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
26504 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
26505 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
26506 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
26507 extra feature that meta-variables which are bound to things
26508 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
26509 rule.
26511 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
26512 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
26513 the default simplifications, while the latter does not.
26515 @item remember
26516 @vindex remember
26517 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
26518 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
26519 the original expression and rewritten expression are added to the
26520 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
26521 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26522 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26523 contains any variables.
26525 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26526 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26527 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26528 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26529 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26530 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26532 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26533 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26534 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26535 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26536 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26537 be added to the rule set and will continue to operate even if
26538 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26540 @item remember(c)
26541 @ignore
26542 @starindex
26543 @end ignore
26544 @tindex remember
26545 Remember the match as described above, but only if condition @expr{c}
26546 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26547 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26548 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26549 @end table
26551 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26552 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26554 @noindent
26555 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26556 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26557 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26558 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26559 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26561 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26562 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26563 the context of rewrite rule patterns.
26565 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26566 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26567 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26568 here is a rule that operates on error forms:
26570 @example
26571 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26572 @end example
26574 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26576 @example
26577 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26578 @end example
26580 @ignore
26581 @starindex
26582 @end ignore
26583 @tindex ends
26584 Here's another interesting example:
26586 @example
26587 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26588 @end example
26590 @noindent
26591 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26592 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26593 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26595 @example
26596 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26597 @end example
26599 @noindent
26600 would do the same thing except that it would fail to match a
26601 one-element vector.
26603 @tex
26604 \bigskip
26605 @end tex
26607 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26608 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26609 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26611 @ignore
26612 @starindex
26613 @end ignore
26614 @tindex curve
26615 A simple example of @samp{|||} is
26617 @example
26618 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26619 @end example
26621 @noindent
26622 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26624 Here is a larger example:
26626 @example
26627 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26628 @end example
26630 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26631 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
26632 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
26634 (In practice this rule would probably include a third alternative,
26635 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
26637 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
26638 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
26639 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
26640 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
26641 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
26642 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
26643 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
26644 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
26646 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
26647 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
26648 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
26649 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
26651 @example
26652 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
26653 @end example
26655 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
26656 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
26658 @tex
26659 \bigskip
26660 @end tex
26662 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
26663 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
26664 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
26666 For example,
26668 @example
26669 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
26670 @end example
26672 @noindent
26673 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
26674 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
26675 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
26677 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
26678 then an equivalent rule would be:
26680 @example
26681 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
26682 @end example
26684 @noindent
26685 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
26686 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
26687 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
26688 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
26689 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
26690 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
26691 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
26693 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
26694 elsewhere in the pattern.  For example,
26696 @example
26697 f(a, !!!a)  :=  g(a)
26698 @end example
26700 @noindent
26701 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
26702 this to @code{g} with only the first argument.
26704 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
26705 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
26706 matched last.  Thus
26708 @example
26709 f(!!!a, a)  :=  g(a)
26710 @end example
26712 @noindent
26713 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
26714 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
26715 first argument of @code{f} first, the results would have been
26716 disastrous: since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
26717 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
26718 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
26720 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
26721 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
26723 @noindent
26724 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
26725 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
26726 to any part of the expression, starting with the whole expression
26727 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
26728 For each part of the expression, the rules are tried in the order
26729 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
26730 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
26731 to the @var{new} part of the rule.
26733 Often, the rule set will match and change the formula several times.
26734 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
26735 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
26736 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
26737 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
26738 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
26739 to match).  This continues until no further matches can be made
26740 anywhere in the formula.
26742 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
26743 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
26744 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
26745 side actually comes out to something different than the original
26746 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
26747 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
26748 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
26749 run forever switching a formula back and forth between the two
26750 forms.
26752 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
26753 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
26754 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
26755 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
26756 halt any Emacs command prematurely.)
26758 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
26759 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
26760 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
26761 rewriting is not what is called for by your application).
26763 @ignore
26764 @starindex
26765 @end ignore
26766 @ignore
26767 @mindex iter@idots
26768 @end ignore
26769 @tindex iterations
26770 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
26771 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
26772 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
26773 number of iterations for this rule set.  You can use
26774 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
26775 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
26776 rule set.
26778 @example
26779 [ iterations(1),
26780   f(x) := f(x+1) ]
26781 @end example
26783 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
26784 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
26785 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
26786 default simplifications, is different from the original sub-formula
26787 that was matched.
26789 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
26791 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
26792 substitute the top-level expression up to that many times, but
26793 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
26795 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
26796 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
26797 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
26798 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
26799 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
26800 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
26801 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
26802 are omitted, 100 is used.
26804 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26805 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
26807 @noindent
26808 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
26809 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
26810 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
26811 phases occur during the rewriting process.
26813 @ignore
26814 @starindex
26815 @end ignore
26816 @tindex phase
26817 @vindex all
26818 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
26819 vector in place of a rule, all rules following that point will be
26820 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
26821 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
26822 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
26823 this is the default at the start of the rule set.
26825 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
26826 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
26827 ascending order.  For example, the rule set
26829 @example
26830 @group
26831 [ f0(x) := g0(x),
26832   phase(1),
26833   f1(x) := g1(x),
26834   phase(2),
26835   f2(x) := g2(x),
26836   phase(3),
26837   f3(x) := g3(x),
26838   phase(1,2),
26839   f4(x) := g4(x) ]
26840 @end group
26841 @end example
26843 @noindent
26844 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
26845 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
26846 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
26847 and @code{f3}.
26849 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
26850 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
26851 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
26852 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
26853 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
26854 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
26855 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
26856 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
26857 100 by default, is reached.)
26859 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
26860 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
26861 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
26862 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
26863 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
26864 in the formula.
26866 @ignore
26867 @starindex
26868 @end ignore
26869 @tindex schedule
26870 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
26871 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
26872 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
26873 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
26874 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
26875 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
26876 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
26877 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
26878 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
26879 moving on to phase 3.
26881 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
26882 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
26883 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
26884 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
26885 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
26886 to the formula, repeats these two phases until they can make no
26887 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
26888 touches.
26890 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
26891 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
26892 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
26893 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
26894 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
26895 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
26896 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
26898 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
26899 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
26900 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
26901 will be faster if these groups are identified as separate phases.
26902 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
26903 spend any time on them while it works on phase 2.
26905 There are also some problems that can only be solved with several
26906 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
26907 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
26908 command to convert a model expression to linear form.
26909 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
26910 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
26911 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
26912 linear components have been picked out, the final phase includes the
26913 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
26914 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
26915 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
26917 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
26918 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
26919 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
26920 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
26921 rules were finished, some components might be put away into vectors
26922 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
26923 two separate phases, this problem is neatly avoided.
26925 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
26926 @subsection Selections with Rewrite Rules
26928 @noindent
26929 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
26930 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
26931 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
26932 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
26933 specific part of a formula without affecting any other parts.
26935 @kindex j r
26936 @pindex calc-rewrite-selection
26937 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
26938 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
26939 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
26940 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
26941 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
26942 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
26943 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
26944 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
26946 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
26947 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
26948 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
26949 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
26950 include references to @code{select} to tell where in the pattern
26951 the selected sub-formula should appear.
26953 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
26954 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
26955 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
26956 formula will be unselected.
26958 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
26959 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
26960 allows you to use the current selection in more flexible ways.
26961 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
26962 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
26963 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
26964 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
26965 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
26967 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
26968 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
26969 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
26970 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
26972 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
26973 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
26974 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
26975 at stack level 1.)
26977 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
26978 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
26979 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
26980 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
26981 target and the rewrite rules).
26983 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
26984 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
26985 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
26986 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
26987 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
26988 to apply anywhere in the formula.
26990 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
26991 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
26992 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
26993 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
26994 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
26995 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
26996 both with and without selections.
26998 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26999 @subsection Matching Commands
27001 @noindent
27002 @kindex a m
27003 @pindex calc-match
27004 @tindex match
27005 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
27006 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
27007 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
27008 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
27009 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
27010 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
27011 you can give a blank response in which case the patterns are taken
27012 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
27013 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
27014 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
27015 of the patterns.
27017 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
27018 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
27020 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
27022 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
27023 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
27024 all the positive vector elements.
27026 @kindex I a m
27027 @tindex matchnot
27028 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
27029 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
27031 @ignore
27032 @starindex
27033 @end ignore
27034 @tindex matches
27035 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
27036 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
27037 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
27038 conditional clauses of other rewrite rules.
27040 @ignore
27041 @starindex
27042 @end ignore
27043 @tindex vmatches
27044 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
27045 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
27046 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
27047 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
27048 If the match fails, the function returns the number 0.
27050 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
27051 @subsection Automatic Rewrites
27053 @noindent
27054 @cindex @code{EvalRules} variable
27055 @vindex EvalRules
27056 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
27057 results, effectively adding to the built-in set of default
27058 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
27059 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
27060 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
27062 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
27063 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
27064 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
27065 set would be,
27067 @smallexample
27068 @group
27069 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
27070   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
27071 @end group
27072 @end smallexample
27074 To apply these manually, you could put them in a variable called
27075 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
27076 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
27077 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
27078 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
27079 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming Degrees mode) result in
27080 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
27082 As each level of a formula is evaluated, the rules from
27083 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
27084 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
27085 Note that this is different from the usual order of application of
27086 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
27087 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
27088 applies rules from the top down.
27090 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
27091 override the normal behavior of any built-in Calc function.
27093 It is important not to write a rule that will get into an infinite
27094 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
27095 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
27096 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
27097 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
27098 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
27099 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
27100 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
27101 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
27102 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
27103 or ran too long'' message.
27105 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
27106 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
27107 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @expr{n} is
27108 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
27109 if the righthand side literally becomes the original formula before any
27110 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
27111 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
27112 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
27113 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
27114 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
27115 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
27116 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
27117 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
27119 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
27120 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
27121 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
27122 the default simplifications to simplify the result and compares again
27123 (and again fails if the formula has simplified back to its original
27124 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
27125 same rules will come back into play when the default simplifications
27126 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
27127 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
27128 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
27129 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
27130 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
27131 the rewrite mechanism itself.)
27133 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
27134 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
27135 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
27136 The rules are always repeated as many times as possible.
27138 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
27139 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
27140 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
27141 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
27142 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
27143 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
27144 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
27145 will not work as part of @code{EvalRules}.
27147 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
27148 functions directly rather than going through the default simplifications.
27149 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
27150 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
27151 number @expr{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
27152 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
27153 than applying the default simplifications to this formula.  So an
27154 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
27155 would not apply.  (However, if you put Calc into Symbolic mode so that
27156 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
27157 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
27158 number were @expr{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
27159 then Symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
27160 evaluated exactly to 5.)
27162 One subtle restriction that normally only manifests itself with
27163 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
27164 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
27165 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
27166 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
27167 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
27168 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
27169 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
27170 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
27171 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
27172 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
27173 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
27174 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
27176 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
27177 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
27179 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
27180 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
27181 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
27182 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
27183 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
27184 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
27185 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
27187 @smallexample
27188 apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) :: in(f, [ln, log10])
27189 @end smallexample
27191 @noindent
27192 may seem more ``efficient'' than two separate rules for @code{ln} and
27193 @code{log10}, but actually it is vastly less efficient because rules
27194 with @code{apply} as the top-level pattern must be tested against
27195 @emph{every} function call that is simplified.
27197 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
27198 @vindex AlgSimpRules
27199 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
27200 but only when @kbd{a s} is used to simplify the formula.  The variable
27201 @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.  The @kbd{a s} command
27202 will apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules} to the formula, as
27203 well as all of its built-in simplifications.
27205 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
27206 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
27207 command with an infinite repeat count as the first step of @kbd{a s}.
27208 It then applies its own built-in simplifications throughout the
27209 formula, and then repeats these two steps (along with applying the
27210 default simplifications) until no further changes are possible.
27212 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
27213 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
27214 @vindex ExtSimpRules
27215 @vindex UnitSimpRules
27216 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
27217 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
27218 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
27219 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
27220 only during integration by @kbd{a i}.
27222 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
27223 @subsection Debugging Rewrites
27225 @noindent
27226 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
27227 record some useful information there as it operates.  The original
27228 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
27229 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
27230 noted.
27232 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
27233 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
27235 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
27236 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
27237 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
27238 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
27239 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
27240 be needlessly slow.
27242 @node Examples of Rewrite Rules,  , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
27243 @subsection Examples of Rewrite Rules
27245 @noindent
27246 Returning to the example of substituting the pattern
27247 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
27248 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
27249 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
27250 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
27251 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
27252 but at the expense of making some changes that you might not desire.
27254 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
27255 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
27256 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
27257 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
27258 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
27259 ignored by the regular @kbd{a r} command
27260 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).
27262 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
27263 This will simplify the formula whenever @expr{b} and/or @expr{c} can
27264 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
27265 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
27266 Symbolic mode has been enabled to keep the square root from being
27267 evaluated to a floating-point approximation).  This rule is also
27268 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
27269 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
27271 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
27272 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
27273 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
27274 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
27275 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
27276 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
27277 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
27278 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
27279 the keyboard macro @kbd{' tri($) @key{RET}} to make a command that applies
27280 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
27282 @cindex Quaternions
27283 The following rule set, contributed by 
27284 @texline Fran\c cois
27285 @infoline Francois
27286 Pinard, implements @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of
27287 complex numbers.  Quaternions have four components, and are here
27288 represented by function calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y},
27289 @var{z}])} with ``real part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts
27290 collected into a vector.  Various arithmetical operations on quaternions
27291 are supported.  To use these rules, either add them to @code{EvalRules},
27292 or create a command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion
27293 formulas.  A convenient way to enter quaternions would be a command
27294 defined by a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $])
27295 @key{RET}}.
27297 @smallexample
27298 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
27299   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
27300   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
27301   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
27302   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
27303   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
27304   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
27305   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
27306   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
27307      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
27308   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
27309   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
27310   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
27311   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
27312   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
27313                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
27314   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
27315                :: integer(k) :: k > 2,
27316   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
27317 @end smallexample
27319 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
27320 In other words, @expr{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
27321 @expr{q1} and @expr{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
27322 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
27323 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
27324 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
27325 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
27327 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
27328 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
27329 results in the four-argument form, just append the two items
27330 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
27331 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
27332 in @code{EvalRules}.)
27334 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
27335 @chapter Operating on Units
27337 @noindent
27338 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
27339 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
27340 per second squared.''  The commands in this chapter help you
27341 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
27342 begin with the @kbd{u} prefix key.
27344 @menu
27345 * Basic Operations on Units::
27346 * The Units Table::
27347 * Predefined Units::
27348 * User-Defined Units::
27349 @end menu
27351 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
27352 @section Basic Operations on Units
27354 @noindent
27355 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
27356 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
27357 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
27358 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
27359 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
27360 where the command applies to all units expressions which appear in the
27361 formula.
27363 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
27364 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
27365 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
27366 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
27367 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
27368 @pxref{User-Defined Units}.
27370 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
27371 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
27372 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
27373 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
27374 representation of one millimeter.
27376 You may find that Algebraic mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
27377 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
27378 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
27380 @kindex u s
27381 @pindex calc-simplify-units
27382 @ignore
27383 @mindex usimpl@idots
27384 @end ignore
27385 @tindex usimplify
27386 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
27387 simplifies a units
27388 expression.  It uses @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) to simplify the
27389 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
27390 features that can be further simplified by converting one object's units
27391 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
27392 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
27393 added, the righthand term's units are converted to match those of the
27394 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
27395 automatically at all times.
27397 Units simplification also handles quotients of two units with the same
27398 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
27399 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
27400 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
27401 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
27402 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
27403 applied to units expressions, in which case
27404 the operation in question is applied only to the numeric part of the
27405 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
27406 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.
27408 @kindex u c
27409 @pindex calc-convert-units
27410 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
27411 expression to new, compatible units.  For example, given the units
27412 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
27413 @samp{24.5872 m/s}.  If the units you request are inconsistent with
27414 the original units, the number will be converted into your units
27415 times whatever ``remainder'' units are left over.  For example,
27416 converting @samp{55 mph} into acres produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.
27417 (Recall that multiplication binds more strongly than division in Calc
27418 formulas, so the units here are acres per meter-second.)  Remainder
27419 units are expressed in terms of ``fundamental'' units like @samp{m} and
27420 @samp{s}, regardless of the input units.
27422 One special exception is that if you specify a single unit name, and
27423 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
27424 that compatible unit will be converted to the new unit and the
27425 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
27426 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
27427 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
27428 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
27429 changed to the base unit @samp{m}.
27431 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
27432 to gain more control over the units of the result of an expression.
27433 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
27434 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
27435 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
27436 in fathoms, if you preferred!)
27438 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
27439 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
27440 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
27441 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
27442 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
27443 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
27444 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
27446 @cindex Composite units
27447 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
27448 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
27449 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
27450 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
27451 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
27452 It then accounts for as much of the input quantity as it can
27453 using an integer number times the largest unit, then moves on
27454 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
27455 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
27456 standard unit names exist for common combinations, such as
27457 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
27458 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
27459 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
27461 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
27462 prompt first for the old units which this value should be considered
27463 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
27464 give are consistent with each other, the result also will not contain
27465 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm @key{RET} in @key{RET}} converts the number
27466 2 on the stack to 5.08.
27468 @kindex u b
27469 @pindex calc-base-units
27470 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
27471 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
27472 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
27473 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
27475 The @kbd{u c} and @kbd{u b} commands treat temperature units (like
27476 @samp{degC} and @samp{K}) as relative temperatures.  For example,
27477 @kbd{u c} converts @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10
27478 degrees Celsius corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.
27480 @kindex u t
27481 @pindex calc-convert-temperature
27482 @cindex Temperature conversion
27483 The @kbd{u t} (@code{calc-convert-temperature}) command converts
27484 absolute temperatures.  The value on the stack must be a simple units
27485 expression with units of temperature only.  This command would convert
27486 @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the equivalent temperature on the
27487 Fahrenheit scale.
27489 @kindex u r
27490 @pindex calc-remove-units
27491 @kindex u x
27492 @pindex calc-extract-units
27493 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
27494 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
27495 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
27496 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
27497 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
27498 constant 1, then resimplify the formula.
27500 @kindex u a
27501 @pindex calc-autorange-units
27502 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
27503 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
27504 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
27505 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
27506 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
27507 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
27508 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
27509 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
27510 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
27512 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
27513 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
27514 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
27515 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
27516 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
27517 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
27518 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
27519 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
27520 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
27521 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
27522 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
27523 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
27524 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
27525 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
27526 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
27527 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
27529 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
27530 @section The Units Table
27532 @noindent
27533 @kindex u v
27534 @pindex calc-enter-units-table
27535 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
27536 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
27537 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
27538 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
27539 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
27540 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
27541 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
27542 and steradians.
27544 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
27545 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
27546 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
27547 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
27548 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27549 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27551 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27552 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27553 argument to @kbd{u v}.
27555 @kindex u V
27556 @pindex calc-view-units-table
27557 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27558 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27559 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27560 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{C-x * c}
27561 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27562 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27563 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27565 @kindex u g
27566 @pindex calc-get-unit-definition
27567 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27568 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27569 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27570 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27571 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27572 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27573 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27574 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27575 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27577 @kindex u e
27578 @pindex calc-explain-units
27579 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27580 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27581 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27582 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27583 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27584 column of the Units Table.
27586 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27587 @section Predefined Units
27589 @noindent
27590 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27591 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27592 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27593 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27594 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27595 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27596 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27597 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27599 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27600 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27601 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27602 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27603 of the various temperature scales.
27605 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27606 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27608 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27609 @tex
27610 for \AA ngstroms.
27611 @end tex
27612 @ifnottex
27613 for Angstroms.
27614 @end ifnottex
27616 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27617 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  This is
27618 slightly different than the point defined by the American Typefounder's
27619 Association in 1886, but the point used by Calc has become standard
27620 largely due to its use by the PostScript page description language.
27621 There is also @code{texpt}, which stands for a printer's point as
27622 defined by the @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 texpt = 1 in}.
27623 Other units used by @TeX{} are available; they are @code{texpc} (a pica),
27624 @code{texbp} (a ``big point'', equal to a standard point which is larger
27625 than the point used by @TeX{}), @code{texdd} (a Didot point),
27626 @code{texcc} (a Cicero) and @code{texsp} (a scaled @TeX{} point, 
27627 all dimensions representable in @TeX{} are multiples of this value).
27629 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27630 because algebra command could mistake this for the special constant
27631 @expr{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
27632 preferable to @code{e}.
27634 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
27635 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
27636 Meanwhile, one ``@expr{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
27638 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
27639 a metric ton of @samp{1000 kg}.
27641 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
27642 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
27644 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
27645 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
27646 constant.  You can use these just like other units: converting
27647 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
27648 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
27649 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
27650 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
27651 units.
27653 Two units, @code{pi} and @code{alpha} (the fine structure constant,
27654 approximately @mathit{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
27655 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
27656 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
27657 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
27658 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
27659 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
27660 really is unitless.)
27662 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
27664 @node User-Defined Units,  , Predefined Units, Units
27665 @section User-Defined Units
27667 @noindent
27668 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
27669 units, as well as ways to define your own new units.
27671 @kindex u 0-9
27672 @pindex calc-quick-units
27673 @vindex Units
27674 @cindex @code{Units} variable
27675 @cindex Quick units
27676 To select your favorite units, store a vector of unit names or
27677 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
27678 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
27679 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
27680 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
27681 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
27682 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
27683 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
27684 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
27685 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
27686 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
27687 to @samp{2.5 ft}.
27689 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
27690 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
27691 variable has no stored value (the default), or if its value is not
27692 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
27693 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
27694 variable; @pxref{Operations on Variables}.
27696 @kindex u d
27697 @pindex calc-define-unit
27698 @cindex User-defined units
27699 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
27700 expression on the top of the stack as the definition for a new,
27701 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
27702 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
27703 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
27704 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
27705 prompted for an optional English description of the unit, which will
27706 appear in the Units Table.
27708 @kindex u u
27709 @pindex calc-undefine-unit
27710 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
27711 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
27712 however.
27714 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
27715 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
27716 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
27717 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
27718 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
27720 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
27721 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
27722 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
27723 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
27724 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
27725 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
27726 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
27727 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
27728 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
27730 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
27731 possible to create user-defined temperature units.
27733 @kindex u p
27734 @pindex calc-permanent-units
27735 @cindex Calc init file, user-defined units
27736 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
27737 units in your Calc init file (the file given by the variable
27738 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so that the
27739 units will still be available in subsequent Emacs sessions.  If there
27740 was already a set of user-defined units in your Calc init file, it
27741 is replaced by the new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to
27742 tell Calc to use a different file for the Calc init file.)
27744 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
27745 @chapter Storing and Recalling
27747 @noindent
27748 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
27749 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
27750 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
27751 to variables use the @kbd{s} prefix key.
27753 @menu
27754 * Storing Variables::
27755 * Recalling Variables::
27756 * Operations on Variables::
27757 * Let Command::
27758 * Evaluates-To Operator::
27759 @end menu
27761 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
27762 @section Storing Variables
27764 @noindent
27765 @kindex s s
27766 @pindex calc-store
27767 @cindex Storing variables
27768 @cindex Quick variables
27769 @vindex q0
27770 @vindex q9
27771 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
27772 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
27773 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
27774 immediately in one of the ``quick'' variables @code{q0} through
27775 @code{q9}.  Or you can enter any variable name.  
27777 @kindex s t
27778 @pindex calc-store-into
27779 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
27780 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
27781 value from the stack and stores it in a variable.
27783 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
27784 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
27785 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
27786 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
27787 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
27788 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
27789 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
27790 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
27792 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
27793 assignments with different variables on their lefthand sides; the
27794 default will be to store all the variables with their corresponding
27795 righthand sides simultaneously.
27797 It is also possible to type an equation or assignment directly at
27798 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
27799 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
27800 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
27801 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
27802 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
27804 @kindex s 0-9
27805 @kindex t 0-9
27806 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
27807 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
27808 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
27809 for trail and time/date commands.)
27811 @kindex s +
27812 @kindex s -
27813 @ignore
27814 @mindex @idots
27815 @end ignore
27816 @kindex s *
27817 @ignore
27818 @mindex @null
27819 @end ignore
27820 @kindex s /
27821 @ignore
27822 @mindex @null
27823 @end ignore
27824 @kindex s ^
27825 @ignore
27826 @mindex @null
27827 @end ignore
27828 @kindex s |
27829 @ignore
27830 @mindex @null
27831 @end ignore
27832 @kindex s n
27833 @ignore
27834 @mindex @null
27835 @end ignore
27836 @kindex s &
27837 @ignore
27838 @mindex @null
27839 @end ignore
27840 @kindex s [
27841 @ignore
27842 @mindex @null
27843 @end ignore
27844 @kindex s ]
27845 @pindex calc-store-plus
27846 @pindex calc-store-minus
27847 @pindex calc-store-times
27848 @pindex calc-store-div
27849 @pindex calc-store-power
27850 @pindex calc-store-concat
27851 @pindex calc-store-neg
27852 @pindex calc-store-inv
27853 @pindex calc-store-decr
27854 @pindex calc-store-incr
27855 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
27856 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
27857 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
27858 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
27859 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
27860 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
27862 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
27863 order of the operands.  If @expr{v} represents the contents of the
27864 variable, and @expr{a} is the value drawn from the stack, then regular
27865 @w{@kbd{s -}} assigns 
27866 @texline @math{v \coloneq v - a},
27867 @infoline @expr{v := v - a}, 
27868 but @kbd{I s -} assigns
27869 @texline @math{v \coloneq a - v}.
27870 @infoline @expr{v := a - v}.  
27871 While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
27872 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
27873 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
27874 forwards and backwards:
27876 @example
27877 @group
27878 s +        v := v + a          v := a + v
27879 s -        v := v - a          v := a - v
27880 s *        v := v * a          v := a * v
27881 s /        v := v / a          v := a / v
27882 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
27883 s |        v := v | a          v := a | v
27884 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
27885 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
27886 s [        v := v - 1          v := 1 - v
27887 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
27888 @end group
27889 @end example
27891 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
27892 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
27893 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
27894 minus-two minus the variable.
27896 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
27897 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
27898 arithmetic stores that don't remove the value @expr{a} from the stack.
27900 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
27901 Trail for your information.  They signal an error if the variable
27902 previously had no stored value.  If default simplifications have been
27903 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
27904 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
27905 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
27906 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
27908 @kindex s m
27909 @pindex calc-store-map
27910 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
27911 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
27912 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
27913 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
27914 all you do is type the Calc command key that would invoke that
27915 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
27916 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
27917 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
27918 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
27919 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
27920 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
27922 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
27923 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
27924 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @expr{a}
27925 on the stack computes @expr{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
27926 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
27927 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
27928 equivalent to @kbd{I s -}.
27930 @kindex s x
27931 @pindex calc-store-exchange
27932 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
27933 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
27934 variable must already have a stored value for this to work.
27936 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
27937 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
27938 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
27940 @kindex s u
27941 @pindex calc-unstore
27942 @cindex Void variables
27943 @cindex Un-storing variables
27944 Until you store something in them, most variables are ``void,'' that is,
27945 they contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula
27946 they will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
27947 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
27948 void state.
27950 @kindex s c
27951 @pindex calc-copy-variable
27952 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
27953 value of one variable to another.  One way it differs from a simple
27954 @kbd{s r} followed by an @kbd{s t} (aside from saving keystrokes) is
27955 that the value never goes on the stack and thus is never rounded,
27956 evaluated, or simplified in any way; it is not even rounded down to the
27957 current precision.
27959 The only variables with predefined values are the ``special constants''
27960 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
27961 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
27962 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
27963 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
27964 you change the value of one of these variables, or of one of the other
27965 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
27966 normally void).
27968 Note that @code{pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored in it,
27969 but rather a special magic value that evaluates to @cpi{} at the current
27970 precision.  Likewise @code{e}, @code{i}, and @code{phi} evaluate
27971 according to the current precision or polar mode.  If you recall a value
27972 from @code{pi} and store it back, this magic property will be lost.  The
27973 magic property is preserved, however, when a variable is copied with
27974 @kbd{s c}.
27976 @kindex s k
27977 @pindex calc-copy-special-constant
27978 If one of the ``special constants'' is redefined (or undefined) so that
27979 it no longer has its magic property, the property can be restored with 
27980 @kbd{s k} (@code{calc-copy-special-constant}).  This command will prompt
27981 for a special constant and a variable to store it in, and so a special
27982 constant can be stored in any variable.  Here, the special constant that
27983 you enter doesn't depend on the value of the corresponding variable;
27984 @code{pi} will represent 3.14159@dots{} regardless of what is currently
27985 stored in the Calc variable @code{pi}.  If one of the other special
27986 variables, @code{inf}, @code{uinf} or @code{nan}, is given a value, its
27987 original behavior can be restored by voiding it with @kbd{s u}.
27989 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
27990 @section Recalling Variables
27992 @noindent
27993 @kindex s r
27994 @pindex calc-recall
27995 @cindex Recalling variables
27996 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
27997 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
27998 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
27999 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
28000 an error to try to recall a void variable.
28002 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
28003 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
28004 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
28005 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
28006 latter will produce an error message.
28008 @kindex r 0-9
28009 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
28010 equivalent to @kbd{s r 9}.  (The @kbd{r} prefix is otherwise unused
28011 in the current version of Calc.)
28013 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
28014 @section Other Operations on Variables
28016 @noindent
28017 @kindex s e
28018 @pindex calc-edit-variable
28019 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
28020 value of a variable without ever putting that value on the stack
28021 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
28022 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
28023 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
28024 empty when you press @kbd{C-c C-c} to finish, the variable will
28025 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
28026 description of editing.
28028 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
28029 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
28030 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
28031 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
28032 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
28033 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
28034 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
28035 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
28036 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
28037 as a side effect of putting the value on the stack.
28039 @kindex s A
28040 @kindex s D
28041 @ignore
28042 @mindex @idots
28043 @end ignore
28044 @kindex s E
28045 @ignore
28046 @mindex @null
28047 @end ignore
28048 @kindex s F
28049 @ignore
28050 @mindex @null
28051 @end ignore
28052 @kindex s G
28053 @ignore
28054 @mindex @null
28055 @end ignore
28056 @kindex s H
28057 @ignore
28058 @mindex @null
28059 @end ignore
28060 @kindex s I
28061 @ignore
28062 @mindex @null
28063 @end ignore
28064 @kindex s L
28065 @ignore
28066 @mindex @null
28067 @end ignore
28068 @kindex s P
28069 @ignore
28070 @mindex @null
28071 @end ignore
28072 @kindex s R
28073 @ignore
28074 @mindex @null
28075 @end ignore
28076 @kindex s T
28077 @ignore
28078 @mindex @null
28079 @end ignore
28080 @kindex s U
28081 @ignore
28082 @mindex @null
28083 @end ignore
28084 @kindex s X
28085 @pindex calc-store-AlgSimpRules
28086 @pindex calc-store-Decls
28087 @pindex calc-store-EvalRules
28088 @pindex calc-store-FitRules
28089 @pindex calc-store-GenCount
28090 @pindex calc-store-Holidays
28091 @pindex calc-store-IntegLimit
28092 @pindex calc-store-LineStyles
28093 @pindex calc-store-PointStyles
28094 @pindex calc-store-PlotRejects
28095 @pindex calc-store-TimeZone
28096 @pindex calc-store-Units
28097 @pindex calc-store-ExtSimpRules
28098 There are several special-purpose variable-editing commands that
28099 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
28101 @table @kbd
28102 @item s A
28103 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
28104 @item s D
28105 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
28106 @item s E
28107 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Default Simplifications}.
28108 @item s F
28109 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
28110 @item s G
28111 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
28112 @item s H
28113 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
28114 @item s I
28115 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
28116 @item s L
28117 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
28118 @item s P
28119 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
28120 @item s R
28121 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
28122 @item s T
28123 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
28124 @item s U
28125 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
28126 @item s X
28127 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
28128 @end table
28130 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
28131 names rather than prompting for the variable name.
28133 @kindex s p
28134 @pindex calc-permanent-variable
28135 @cindex Storing variables
28136 @cindex Permanent variables
28137 @cindex Calc init file, variables
28138 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
28139 variable's value permanently in your Calc init file (the file given by
28140 the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so
28141 that its value will still be available in future Emacs sessions.  You
28142 can re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
28143 only way to remove a saved variable is to edit your calc init file
28144 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
28145 use a different file for the Calc init file.)
28147 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
28148 @kbd{s p @key{RET}}), all Calc variables with defined values
28149 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
28150 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
28151 and @code{PlotRejects};
28152 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
28153 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
28154 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
28155 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)
28157 @kindex s i
28158 @pindex calc-insert-variables
28159 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
28160 the values of all Calc variables into a specified buffer.
28161 The variables are written with the prefix @code{var-} in the form of
28162 Lisp @code{setq} commands 
28163 which store the values in string form.  You can place these commands
28164 in your Calc init file (or @file{.emacs}) if you wish, though in this case it
28165 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
28166 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
28167 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
28168 stores in a more human-readable format.)
28170 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
28171 @section The Let Command
28173 @noindent
28174 @kindex s l
28175 @pindex calc-let
28176 @cindex Variables, temporary assignment
28177 @cindex Temporary assignment to variables
28178 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
28179 compute its value where @expr{b=3}, you can simply store 3 in @expr{b} and
28180 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
28181 of leaving the stored value of 3 in @expr{b} for future operations.
28183 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
28184 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
28185 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
28186 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
28187 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
28188 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
28189 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
28190 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
28191 by these commands.
28193 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
28194 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
28195 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
28197 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
28198 assignment:  @kbd{s l b=3 @key{RET}} is the same as storing 3 on the stack
28199 and typing @kbd{s l b @key{RET}}.
28201 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
28202 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
28203 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
28204 example, letting @expr{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
28205 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
28206 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
28208 @node Evaluates-To Operator,  , Let Command, Store and Recall
28209 @section The Evaluates-To Operator
28211 @noindent
28212 @tindex evalto
28213 @tindex =>
28214 @cindex Evaluates-to operator
28215 @cindex @samp{=>} operator
28216 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
28217 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
28218 other language modes like Pascal and La@TeX{}.)  This is a binary
28219 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
28220 although it can be entered with the righthand argument omitted.
28222 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
28223 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
28224 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
28225 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
28226 command according to all current modes and stored variable values,
28227 and the result is installed as the new value of @var{b}.
28229 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
28230 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
28231 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
28233 @kindex s =
28234 @pindex calc-evalto
28235 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
28236 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
28237 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
28238 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
28239 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
28241 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
28242 recomputes them whenever anything changes that might affect their
28243 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
28244 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
28245 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
28246 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
28247 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
28248 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
28249 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
28250 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
28251 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
28252 make a concise display of all the variables in your problem.
28253 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
28254 which provides a slightly different format of display.  You
28255 can use whichever you find easiest to read.)
28257 @kindex m C
28258 @pindex calc-auto-recompute
28259 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
28260 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
28261 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
28262 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
28263 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
28264 a lot of time if you will be changing several modes or variables
28265 before you look at the @samp{=>} entries again.
28267 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
28268 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
28269 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
28270 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
28271 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
28272 to select the lefthand side, execute your commands, then type
28273 @kbd{j u} to unselect.
28275 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
28276 including the current simplification mode.  Recall that the
28277 formula @samp{x + y + x} is not handled by Calc's default
28278 simplifications, but the @kbd{a s} command will reduce it to
28279 the simpler form @samp{y + 2 x}.  You can also type @kbd{m A}
28280 to enable an Algebraic Simplification mode in which the
28281 equivalent of @kbd{a s} is used on all of Calc's results.
28282 If you enter @samp{x + y + x =>} normally, the result will
28283 be @samp{x + y + x => x + y + x}.  If you change to
28284 Algebraic Simplification mode, the result will be
28285 @samp{x + y + x => y + 2 x}.  However, just pressing @kbd{a s}
28286 once will have no effect on @samp{x + y + x => x + y + x},
28287 because the righthand side depends only on the lefthand side
28288 and the current mode settings, and the lefthand side is not
28289 affected by commands like @kbd{a s}.
28291 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
28292 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
28293 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
28294 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
28295 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
28296 side will temporarily show this value for the variable.  In
28297 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
28298 to that variable.  But this change is temporary in the sense
28299 that the next command that causes Calc to look at those stack
28300 entries will make them revert to the old variable value.
28302 @smallexample
28303 @group
28304 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
28305 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
28306     .                      .                   .
28308                            17 s l a @key{RET}        p 8 @key{RET}
28309 @end group
28310 @end smallexample
28312 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
28313 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
28314 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d @key{SPC}} command
28315 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
28316 operators on the stack to be recomputed without any other
28317 side effects.
28319 @kindex s :
28320 @pindex calc-assign
28321 @tindex assign
28322 @tindex :=
28323 Embedded mode also uses @samp{=>} operators.  In Embedded mode,
28324 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
28325 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
28326 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
28327 by itself.  But Embedded mode recognizes it and marks it as a sort
28328 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
28329 operators in Algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
28330 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
28331 and value from the stack and replaces them with an assignment.
28333 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for the way @samp{=>} appears in
28334 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
28335 treatment to @samp{=>}.
28337 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
28338 @chapter Graphics
28340 @noindent
28341 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
28342 uses GNUPLOT 2.0 or later to do graphics.  These commands will only work
28343 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
28344 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
28345 However, it is free software.   It can be obtained from
28346 @samp{http://www.gnuplot.info}.)
28348 @vindex calc-gnuplot-name
28349 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
28350 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable
28351 in your Calc init file or @file{.emacs}.  You may also need to set some Lisp
28352 variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
28353 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are
28354 using the X window system, Calc will configure GNUPLOT for you
28355 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 or later and you are not using X,
28356 Calc will configure GNUPLOT to display graphs using simple character
28357 graphics that will work on any terminal.
28359 @menu
28360 * Basic Graphics::
28361 * Three Dimensional Graphics::
28362 * Managing Curves::
28363 * Graphics Options::
28364 * Devices::
28365 @end menu
28367 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
28368 @section Basic Graphics
28370 @noindent
28371 @kindex g f
28372 @pindex calc-graph-fast
28373 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
28374 This command takes two vectors of equal length from the stack.
28375 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
28376 the various data points.  The vector in the second-to-top position
28377 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
28378 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
28379 commands) and displays the set of data points.  The points will
28380 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
28381 to indicate the points themselves.
28383 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
28384 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
28385 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
28387 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
28388 sequence of ``x'' values @expr{x}, @expr{x+1}, @expr{x+2}, etc.
28389 (Generally the number 0 or 1 would be used for @expr{x} in this case.)
28391 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
28392 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
28393 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
28394 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
28395 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
28396 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
28397 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
28398 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
28399 or an interval if ``y'' is a formula.)
28401 @ignore
28402 @starindex
28403 @end ignore
28404 @tindex xy
28405 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
28406 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
28407 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
28408 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
28409 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
28410 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
28411 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
28412 will be a circle.
28414 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
28415 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
28416 variables.
28418 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
28419 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
28420 be real numbers (integers, fractions, or floats).  If either the ``x''
28421 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
28422 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
28423 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
28425 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
28426 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
28428 @cindex @code{PlotRejects} variable
28429 @vindex PlotRejects
28430 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
28431 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
28432 this vector for every data point which was rejected because its
28433 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
28434 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
28435 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
28436 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
28437 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
28438 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
28439 @code{PlotRejects}.
28441 @kindex g c
28442 @pindex calc-graph-clear
28443 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
28444 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
28445 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
28446 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
28447 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
28448 window if there is one.
28450 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
28451 @section Three-Dimensional Graphics
28453 @kindex g F
28454 @pindex calc-graph-fast-3d
28455 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
28456 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
28457 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
28459 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
28460 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
28461 are several options for these values.
28463 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
28464 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
28465 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
28466 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
28467 result is a surface plot where 
28468 @texline @math{z_{ij}}
28469 @infoline @expr{z_ij} 
28470 is the height of the point
28471 at coordinate @expr{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
28472 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
28473 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
28474 buffer as described later.  See the GNUPLOT documentation for a
28475 description of the @samp{set view} command.
28477 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
28478 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
28480 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
28481 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
28482 where the coordinates of points along the line are successive triplets
28483 of values from the input vectors.
28485 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
28486 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
28487 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
28488 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
28489 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
28490 3D surface.
28492 @ignore
28493 @starindex
28494 @end ignore
28495 @tindex xyz
28496 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
28497 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
28498 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
28499 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
28500 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
28501 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
28502 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
28503 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
28504 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
28505 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
28506 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
28507 vectors with more than 5 elements.
28509 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
28510 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
28511 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
28512 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
28513 helix (a three-dimensional spiral).
28515 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
28516 variables containing the relevant data.
28518 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
28519 @section Managing Curves
28521 @noindent
28522 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
28523 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
28524 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
28525 by using these commands directly.
28527 @kindex g a
28528 @pindex calc-graph-add
28529 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
28530 represented by the two values on the top of the stack to the current
28531 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
28532 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
28533 on the same axes.
28535 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
28536 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
28537 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
28538 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
28539 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
28540 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
28541 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
28542 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
28543 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
28544 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
28545 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
28546 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
28547 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28549 @vindex PlotData1
28550 @vindex PlotData2
28551 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
28552 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
28553 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
28554 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
28555 that uses a certain variable and then later change that variable, you
28556 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
28557 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
28558 itself, is what was added by @kbd{g a}.
28560 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
28561 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
28562 argument @expr{n}, the top @expr{n} stack entries are ``y'' values
28563 for @expr{n} different curves which share a common ``x'' value in
28564 the @expr{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
28565 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
28567 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
28568 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
28569 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
28571 A negative prefix argument tells Calc to read @expr{n} vectors from
28572 the stack; each vector @expr{[x, y]} describes an independent curve.
28573 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
28574 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
28575 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
28576 they are to look nice on the same graph.)
28578 For example, to plot 
28579 @texline @math{\sin n x}
28580 @infoline @expr{sin(n x)} 
28581 for integers @expr{n}
28582 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
28583 (@expr{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
28584 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
28585 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
28586 command.
28588 @kindex g A
28589 @pindex calc-graph-add-3d
28590 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
28591 to the graph.  It is not valid to intermix 2D and 3D curves in a
28592 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
28593 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @expr{n}, it
28594 takes @expr{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @expr{n}
28595 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
28596 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
28597 prefix @expr{-n}, it takes @expr{n} vectors of the form @expr{[x, y, z]}.
28598 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
28599 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28601 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
28602 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
28603 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
28604 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
28605 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
28606 check for this.)
28608 @kindex g d
28609 @pindex calc-graph-delete
28610 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
28611 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
28612 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
28613 it deletes all of the curves from the graph.
28615 @kindex g H
28616 @pindex calc-graph-hide
28617 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
28618 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
28619 the actual plot, but information about it such as its name and line and
28620 point styles will be retained.
28622 @kindex g j
28623 @pindex calc-graph-juggle
28624 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
28625 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
28626 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
28627 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
28628 with any curve in the graph even though curve-related commands only
28629 affect the last curve in the list.
28631 @kindex g p
28632 @pindex calc-graph-plot
28633 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
28634 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
28635 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
28636 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
28637 command are written to a temporary data file and the variable names
28638 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
28639 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
28640 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
28641 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
28643 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
28644 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
28645 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
28646 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
28647 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
28648 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
28649 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
28651 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
28652 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
28653 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
28654 the data points it has computed and saved from previous plots of the
28655 function, and computes and inserts a new data point midway between
28656 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
28657 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
28659 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
28660 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
28661 the current graph is three-dimensional.
28663 @kindex g P
28664 @pindex calc-graph-print
28665 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
28666 except that it sends the output to a printer instead of to the
28667 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
28668 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
28669 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
28670 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
28671 uses a different set of default values.  All of these values are
28672 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
28673 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
28674 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
28675 always plot to the printer.
28677 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
28678 @section Graphics Options
28680 @noindent
28681 @kindex g g
28682 @pindex calc-graph-grid
28683 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
28684 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
28685 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
28686 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
28687 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
28688 of the change you must give another @kbd{g p} command.
28690 @kindex g b
28691 @pindex calc-graph-border
28692 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
28693 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
28694 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
28696 @kindex g k
28697 @pindex calc-graph-key
28698 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
28699 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
28700 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
28701 off by default, and is only really useful if you have several
28702 curves on the same graph.
28704 @kindex g N
28705 @pindex calc-graph-num-points
28706 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
28707 to select the number of data points in the graph.  This only affects
28708 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
28709 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
28710 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
28711 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
28712 a blank line, displays the default number of points used for all
28713 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
28714 With a negative prefix argument, this command changes or displays
28715 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
28716 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @expr{5^2 = 25} points
28717 will be computed for the surface.
28719 Data values in the graph of a function are normally computed to a
28720 precision of five digits, regardless of the current precision at the
28721 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
28722 it will not be.  For example, plotting @expr{1 + x} with @expr{x} in the
28723 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
28724 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
28725 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
28726 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
28727 there is no keystroke-based command to set the precision.
28729 @kindex g h
28730 @pindex calc-graph-header
28731 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
28732 for the graph.  This will show up centered above the graph.
28733 The default title is blank (no title).
28735 @kindex g n
28736 @pindex calc-graph-name
28737 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
28738 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
28739 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
28740 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
28741 the other curves you must first juggle them to the end of the list
28742 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
28743 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
28744 not used.
28746 @kindex g t
28747 @kindex g T
28748 @pindex calc-graph-title-x
28749 @pindex calc-graph-title-y
28750 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
28751 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
28752 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
28753 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
28754 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
28755 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
28756 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
28758 @kindex g r
28759 @kindex g R
28760 @pindex calc-graph-range-x
28761 @pindex calc-graph-range-y
28762 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
28763 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
28764 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
28765 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
28766 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
28767 default behavior of setting the range based on the range of values
28768 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
28769 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
28770 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
28772 @kindex g l
28773 @kindex g L
28774 @pindex calc-graph-log-x
28775 @pindex calc-graph-log-y
28776 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
28777 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
28778 be logarithmic instead of linear.
28780 @kindex g C-l
28781 @kindex g C-r
28782 @kindex g C-t
28783 @pindex calc-graph-log-z
28784 @pindex calc-graph-range-z
28785 @pindex calc-graph-title-z
28786 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
28787 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
28788 for the ``z'' axis.
28790 @kindex g z
28791 @kindex g Z
28792 @pindex calc-graph-zero-x
28793 @pindex calc-graph-zero-y
28794 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
28795 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
28796 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
28797 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
28798 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
28799 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
28800 not available for 3D plots.
28802 @kindex g s
28803 @pindex calc-graph-line-style
28804 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
28805 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
28806 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
28807 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
28808 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
28809 start at one and their meanings vary depending on the output device.
28810 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
28811 available for any device.
28813 @kindex g S
28814 @pindex calc-graph-point-style
28815 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
28816 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
28817 If you turn both lines and points off, the data points will show as
28818 tiny dots.
28820 @cindex @code{LineStyles} variable
28821 @cindex @code{PointStyles} variable
28822 @vindex LineStyles
28823 @vindex PointStyles
28824 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
28825 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
28826 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
28827 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
28828 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
28829 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
28830 the style be chosen automatically, or @mathit{-1} to turn off lines or points
28831 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
28832 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
28833 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
28835 For example, @kbd{'[2 -1 3] @key{RET} s t LineStyles} causes the first curve
28836 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
28837 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
28838 still be assigned automatically, but you could store another vector in
28839 @code{PointStyles} to define them, too.
28841 @node Devices,  , Graphics Options, Graphics
28842 @section Graphical Devices
28844 @noindent
28845 @kindex g D
28846 @pindex calc-graph-device
28847 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
28848 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
28849 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
28850 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
28851 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
28853 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
28854 the default device name, used by all plots in the future which do
28855 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
28856 blank line this command shows you the current default.  The special
28857 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
28858 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
28859 @code{DISPLAY} environment variable), or otherwise @code{dumb} under
28860 GNUPLOT 3.0 and later, or @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.
28861 This is the initial default value.
28863 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
28864 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
28865 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
28866 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
28867 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
28868 dumb terminals will be 
28869 @texline @math{80\times24}
28870 @infoline 80x24
28871 characters.  The graph is displayed in
28872 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{C-c C-c} to exit
28873 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
28874 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
28876 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
28877 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
28878 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
28879 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
28880 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
28881 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
28882 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
28883 of the four directions.
28885 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
28886 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
28887 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
28888 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
28889 plot on any text-only printer.
28891 @kindex g O
28892 @pindex calc-graph-output
28893 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of
28894 the output file used by GNUPLOT.  For some devices, notably @code{x11},
28895 there is no output file and this information is not used.  Many other
28896 ``devices'' are really file formats like @code{postscript}; in these
28897 cases the output in the desired format goes into the file you name
28898 with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout @key{RET}} to set GNUPLOT to write
28899 to its standard output stream, i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.
28900 This is the default setting.
28902 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
28903 is going to write graphics commands directly to its standard output,
28904 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
28905 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
28906 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
28907 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
28908 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
28909 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
28910 to Emacs afterwards to refresh the screen.
28912 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
28913 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
28914 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
28915 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
28916 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
28917 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
28919 The default and printer devices and output files can be saved
28920 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
28921 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
28922 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
28923 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
28924 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28926 @vindex calc-gnuplot-plot-command
28927 @vindex calc-gnuplot-default-device
28928 @vindex calc-gnuplot-default-output
28929 @vindex calc-gnuplot-print-command
28930 @vindex calc-gnuplot-print-device
28931 @vindex calc-gnuplot-print-output
28932 You may wish to configure the default and
28933 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
28934 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
28935 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
28936 file names must be either strings as described above, or Lisp
28937 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
28939 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
28940 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
28941 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
28942 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
28943 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
28944 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
28945 to display or print the output.  These variables are customizable
28946 (@pxref{Customizing Calc}).
28948 @kindex g x
28949 @pindex calc-graph-display
28950 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
28951 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
28952 a blank line to see the current display name.  This command has no
28953 effect unless the current device is @code{x11}.
28955 @kindex g X
28956 @pindex calc-graph-geometry
28957 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
28958 command for specifying the position and size of the X window.
28959 The normal value is @code{default}, which generally means your
28960 window manager will let you place the window interactively.
28961 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
28962 window in the upper-left corner of the screen.
28964 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
28965 session with GNUPLOT.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
28966 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
28967 error message has appeared here and display the buffer for you when
28968 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
28969 something has gone wrong.
28971 @kindex g C
28972 @pindex calc-graph-command
28973 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
28974 enter any line of text, then simply sends that line to the current
28975 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
28976 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
28977 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
28979 @kindex g v
28980 @kindex g V
28981 @pindex calc-graph-view-commands
28982 @pindex calc-graph-view-trail
28983 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
28984 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
28985 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
28986 This happens automatically when Calc thinks there is something you
28987 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
28988 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
28989 buffer is hidden again.
28991 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
28992 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
28993 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
28994 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
28995 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
28996 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
28997 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
28998 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
28999 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
29000 You may have to type @kbd{g C @key{RET}} a few times to clear the
29001 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
29002 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
29003 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
29004 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
29005 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
29006 with @kbd{g p}.
29008 @kindex g q
29009 @pindex calc-graph-quit
29010 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
29011 process that is running.  The next graphing command you give will
29012 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
29013 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
29014 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
29015 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
29017 @kindex g K
29018 @pindex calc-graph-kill
29019 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
29020 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
29021 you can see the process being killed.  This is better if you are
29022 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
29024 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
29025 @chapter Kill and Yank Functions
29027 @noindent
29028 The commands in this chapter move information between the Calculator and
29029 other Emacs editing buffers.
29031 In many cases Embedded mode is an easier and more natural way to
29032 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
29034 @menu
29035 * Killing From Stack::
29036 * Yanking Into Stack::
29037 * Grabbing From Buffers::
29038 * Yanking Into Buffers::
29039 * X Cut and Paste::
29040 @end menu
29042 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
29043 @section Killing from the Stack
29045 @noindent
29046 @kindex C-k
29047 @pindex calc-kill
29048 @kindex M-k
29049 @pindex calc-copy-as-kill
29050 @kindex C-w
29051 @pindex calc-kill-region
29052 @kindex M-w
29053 @pindex calc-copy-region-as-kill
29054 @cindex Kill ring
29055 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the
29056 ``kill ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y}
29057 command.  Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which
29058 kills one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point,
29059 and @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
29060 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too.  Also,
29061 @kbd{M-k} has been provided to complete the set; it puts the current line
29062 into the kill ring without deleting anything.
29064 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
29065 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below the
29066 bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.  Otherwise,
29067 they operate on whatever stack element the cursor is on.  Calc's kill
29068 commands always operate on whole stack entries.  (They act the same as their
29069 standard Emacs cousins except they ``round up'' the specified region to
29070 encompass full lines.)  The text is copied into the kill ring exactly as
29071 it appears on the screen, including line numbers if they are enabled.
29073 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
29074 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @expr{n-1}
29075 lines below it.  A negative argument kills the @expr{-n} lines above the
29076 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
29077 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
29078 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
29079 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
29080 newline.
29082 @node Yanking Into Stack, Grabbing From Buffers, Killing From Stack, Kill and Yank
29083 @section Yanking into the Stack
29085 @noindent
29086 @kindex C-y
29087 @pindex calc-yank
29088 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
29089 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
29090 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
29091 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
29092 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
29093 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
29094 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
29095 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
29096 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
29097 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
29098 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
29099 difference.)
29101 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
29102 @section Grabbing from Other Buffers
29104 @noindent
29105 @kindex C-x * g
29106 @pindex calc-grab-region
29107 The @kbd{C-x * g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
29108 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
29109 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
29110 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
29111 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
29112 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
29113 If the @kbd{C-x * g} command works successfully, it does an automatic
29114 @kbd{C-x * c} to enter the Calculator buffer.
29116 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
29117 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
29118 @expr{n}th following newline (so that @kbd{M-1 C-x * g} grabs from point
29119 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
29120 back to the @expr{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
29121 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
29122 delete given that prefix argument.
29124 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
29125 line.
29127 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
29128 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
29129 @kbd{C-x * g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
29130 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u C-x * g} on the same region
29131 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
29132 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
29133 vector of one element by plain @kbd{C-x * g} because the interpretation
29134 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
29136 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
29137 the grabbed text will be interpreted according to that language.
29139 @kindex C-x * r
29140 @pindex calc-grab-rectangle
29141 The @kbd{C-x * r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
29142 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
29143 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
29144 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
29145 whose contents are parsed.
29147 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
29148 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
29149 only if every row contains the same number of values.
29151 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
29152 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
29153 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
29154 is ignored.
29156 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
29157 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
29158 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
29159 force this interpretation (even if the line contains bracketed
29160 portions), give a negative numeric prefix argument to the
29161 @kbd{C-x * r} command.
29163 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
29164 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
29165 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u C-x * r} will be a
29166 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
29167 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{C-x * r}} will interpret this as
29168 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
29169 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u C-x * r} will interpret this row
29170 as @samp{[2*a]}.
29172 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
29173 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
29174 separately as a matrix element.  If a line contained
29175 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
29176 would correctly split the line into two error forms.
29178 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
29179 constituent rows and columns.  (If it is a 
29180 @texline @math{1\times1}
29181 @infoline 1x1
29182 matrix, just hit @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) twice.)
29184 @kindex C-x * :
29185 @kindex C-x * _
29186 @pindex calc-grab-sum-across
29187 @pindex calc-grab-sum-down
29188 @cindex Summing rows and columns of data
29189 The @kbd{C-x * :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
29190 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
29191 typing @kbd{C-x * r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
29192 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
29193 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
29194 in the input data.  The @kbd{C-x * _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
29195 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
29197 As well as being more convenient, @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are also
29198 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
29199 the stack.  In a @kbd{C-x * r V R : +} sequence, formatting the vector
29200 for display on the stack takes a large fraction of the total time
29201 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
29203 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
29204 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
29205 set the mark; go to the other corner and type @kbd{C-x * :}.  Since there
29206 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
29207 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
29208 you want to do further arithmetic with it.)
29210 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
29211 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
29212 Use @kbd{C-x * r} to grab the column of numbers into the calculator in
29213 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
29214 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
29215 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
29216 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
29218 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
29219 @section Yanking into Other Buffers
29221 @noindent
29222 @kindex y
29223 @pindex calc-copy-to-buffer
29224 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
29225 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
29226 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
29227 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
29228 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
29229 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
29230 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
29231 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
29233 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
29234 A positive argument inserts the specified number of values from the top
29235 of the stack.  A negative argument inserts the @expr{n}th value from the
29236 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
29237 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
29238 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
29239 latter strips off the trailing newline.
29241 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
29242 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
29243 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
29244 @kbd{C-x * g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
29245 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
29246 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
29247 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
29248 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
29249 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
29250 @kbd{C-x * g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{C-x * r}).
29252 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
29253 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
29254 overwrite the characters following point rather than being inserted
29255 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
29256 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
29257 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
29258 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
29259 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
29260 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
29261 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
29262 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
29263 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
29264 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
29265 to overwriting one complete number with another.
29267 @kindex C-x * y
29268 The @kbd{C-x * y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
29269 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
29270 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
29272 @node X Cut and Paste,  , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
29273 @section X Cut and Paste
29275 @noindent
29276 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
29277 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
29278 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
29280 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
29281 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
29282 select the text between the cursor and the clicked location, and
29283 the middle button to yank the selection into the buffer at the
29284 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
29285 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
29286 to select a number, vector, or formula from one window, then
29287 middle-click to paste that value into the other window.  When you
29288 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
29289 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
29290 new value is always pushed onto the top of the stack.
29292 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
29293 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
29294 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
29295 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
29296 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
29297 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
29298 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
29299 in the Calc window.
29301 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Top
29302 @chapter Keypad Mode
29304 @noindent
29305 @kindex C-x * k
29306 @pindex calc-keypad
29307 The @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
29308 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
29309 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
29310 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
29311 The original window remains the selected window; in Keypad mode
29312 you can type in your file while simultaneously performing
29313 calculations with the mouse.
29315 @pindex full-calc-keypad
29316 If you have used @kbd{C-x * b} first, @kbd{C-x * k} instead invokes
29317 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
29318 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
29319 trail all at once.  This mode would normally be used when running
29320 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
29322 If you aren't using the X window system, you must switch into
29323 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
29324 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
29325 is easier than using Calc normally, go right ahead.
29327 Calc commands are more or less the same in Keypad mode.  Certain
29328 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
29329 keystrokes; all such deviations are described below.
29331 Keypad mode includes many more commands than will fit on the keypad
29332 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
29333 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
29334 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
29335 To return to earlier menus, click the middle mouse button
29336 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
29337 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
29338 is equivalent to clicking the right mouse button there.
29340 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
29341 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
29342 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
29343 original buffer.
29345 @menu
29346 * Keypad Main Menu::
29347 * Keypad Functions Menu::
29348 * Keypad Binary Menu::
29349 * Keypad Vectors Menu::
29350 * Keypad Modes Menu::
29351 @end menu
29353 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
29354 @section Main Menu
29356 @smallexample
29357 @group
29358 |----+-----Calc 2.1------+----1
29359 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
29360 |----+----+----+----+----+----|
29361 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
29362 |----+----+----+----+----+----|
29363 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
29364 |----+----+----+----+----+----|
29365 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
29366 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
29367 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
29368 |-----+-----+-----+-----+-----|
29369 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
29370 |-----+-----+-----+-----+-----|
29371 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
29372 |-----+-----+-----+-----+-----|
29373 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
29374 |-----+-----+-----+-----+-----+
29375 @end group
29376 @end smallexample
29378 @noindent
29379 This is the menu that appears the first time you start Keypad mode.
29380 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
29381 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
29382 screen you will be able to see the top three stack entries.
29384 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
29385 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
29386 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
29387 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
29388 or any other function key.
29390 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
29391 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
29392 At other times it changes the sign of the number on the top of the
29393 stack.
29395 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
29396 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad mode
29397 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
29398 below and in the following sections.
29400 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
29401 duplicates the top entry on the stack.
29403 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
29404 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
29405 ``last arguments'' (@kbd{M-@key{RET}}).
29407 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
29408 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
29409 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
29410 the stack, then removes that many additional stack elements.
29412 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
29413 that would normally work in Calc mode.  This can include a
29414 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
29415 switch into the Calc window and type commands in it; there is
29416 nothing ``magic'' about this window when Keypad mode is active.
29418 The other keys in this display perform their obvious calculator
29419 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
29420 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
29421 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
29423 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
29424 give you access to some common functions even if the appropriate menu
29425 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
29426 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
29428 @table @kbd
29429 @item INV +/-
29430 is the same as @key{1/x}.
29431 @item INV +
29432 is the same as @key{SQRT}.
29433 @item INV -
29434 is the same as @key{CONJ}.
29435 @item INV *
29436 is the same as @key{y^x}.
29437 @item INV /
29438 is the same as @key{INV y^x} (the @expr{x}th root of @expr{y}).
29439 @item HYP/INV 1
29440 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
29441 @item HYP/INV 2
29442 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
29443 @item HYP/INV 3
29444 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
29445 @item INV/HYP 4
29446 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
29447 @item INV/HYP 5
29448 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
29449 @item INV 6
29450 is the same as @key{ABS}.
29451 @item INV 7
29452 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
29453 @item INV 8
29454 is the same as @key{CLN2}.
29455 @item INV 9
29456 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
29457 @item INV 0
29458 is the same as @key{IMAG}.
29459 @item INV .
29460 is the same as @key{PREC}.
29461 @item INV ENTER
29462 is the same as @key{SWAP}.
29463 @item HYP ENTER
29464 is the same as @key{RLL3}.
29465 @item INV HYP ENTER
29466 is the same as @key{OVER}.
29467 @item HYP +/-
29468 packs the top two stack entries as an error form.
29469 @item HYP EEX
29470 packs the top two stack entries as a modulo form.
29471 @item INV EEX
29472 creates an interval form; this removes an integer which is one
29473 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
29474 by the two limits of the interval.
29475 @end table
29477 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{C-x * k} or @kbd{C-x * *}
29478 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
29479 hitting @kbd{C-x * c} again in the normal calculator.  If Calc is
29480 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
29481 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
29482 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
29484 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
29485 @section Functions Menu
29487 @smallexample
29488 @group
29489 |----+----+----+----+----+----2
29490 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
29491 |----+----+----+----+----+----|
29492 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
29493 |----+----+----+----+----+----|
29494 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
29495 |----+----+----+----+----+----|
29496 @end group
29497 @end smallexample
29499 @noindent
29500 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
29501 prefix keys.
29503 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
29504 number @expr{i = (0, 1)}.
29506 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
29507 extracts the imaginary part.
29509 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
29510 a random number greater than or equal to zero but less than that
29511 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
29512 again'' command; it computes another random number using the
29513 same limit as last time.
29515 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
29517 @key{INV FACT} is the gamma function.  
29518 @texline @math{\Gamma(x) = (x-1)!}.
29519 @infoline @expr{gamma(x) = (x-1)!}.
29521 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
29522 @kbd{H k c} key in normal Calc.
29524 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
29525 finds the previous prime.
29527 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
29528 @section Binary Menu
29530 @smallexample
29531 @group
29532 |----+----+----+----+----+----3
29533 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
29534 |----+----+----+----+----+----|
29535 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
29536 |----+----+----+----+----+----|
29537 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
29538 |----+----+----+----+----+----|
29539 @end group
29540 @end smallexample
29542 @noindent
29543 The keys in this menu perform operations on binary integers.
29544 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
29545 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
29547 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
29548 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
29550 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
29551 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
29552 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
29553 for entering hexadecimal numbers.
29555 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
29556 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
29557 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
29558 The initial word size is 32 bits.
29560 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
29561 @section Vectors Menu
29563 @smallexample
29564 @group
29565 |----+----+----+----+----+----4
29566 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
29567 |----+----+----+----+----+----|
29568 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
29569 |----+----+----+----+----+----|
29570 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
29571 |----+----+----+----+----+----|
29572 @end group
29573 @end smallexample
29575 @noindent
29576 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
29578 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
29579 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
29580 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
29581 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
29582 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
29583 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
29584 rows into a matrix.
29586 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
29587 components separately.
29589 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
29590 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
29591 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
29592 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
29593 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
29595 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
29596 identity matrix.
29598 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
29600 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
29602 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
29603 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
29605 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
29606 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
29607 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
29608 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
29610 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
29611 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
29612 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
29614 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
29615 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
29616 @key{HYP MAX} computes the median.
29618 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
29619 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
29620 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
29621 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
29622 all the elements of a vector.
29624 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
29625 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
29626 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
29627 second-to-top position and matches them to the variables in
29628 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
29629 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
29630 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
29631 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
29632 the formula @samp{x^y}.
29634 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @expr{x} onto the
29635 stack.  To build the formula @expr{x^2 + 6}, you would use the
29636 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
29637 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
29638 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
29639 @kbd{"x"} key pushes the variable names @expr{y}, @expr{z}, and
29640 @expr{t}, respectively.
29642 @node Keypad Modes Menu,  , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
29643 @section Modes Menu
29645 @smallexample
29646 @group
29647 |----+----+----+----+----+----5
29648 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
29649 |----+----+----+----+----+----|
29650 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
29651 |----+----+----+----+----+----|
29652 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
29653 |----+----+----+----+----+----|
29654 @end group
29655 @end smallexample
29657 @noindent
29658 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
29660 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
29661 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
29662 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
29663 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
29664 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
29666 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
29667 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
29668 well as to the left.
29670 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
29671 for trigonometric functions.
29673 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
29674 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
29675 fractional or floating-point results.
29677 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
29678 polar or rectangular complex numbers are used by default.
29680 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
29681 operations that would produce inexact floating-point results
29682 are left unevaluated as algebraic formulas.
29684 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
29685 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
29687 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
29688 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
29689 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
29690 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
29692 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
29693 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
29694 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
29695 variables are not available in Keypad mode.)  You can also use,
29696 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
29698 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
29699 @chapter Embedded Mode
29701 @noindent
29702 Embedded mode in Calc provides an alternative to copying numbers
29703 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
29704 stack.  In Embedded mode, your editing buffer becomes temporarily
29705 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
29707 @menu
29708 * Basic Embedded Mode::
29709 * More About Embedded Mode::
29710 * Assignments in Embedded Mode::
29711 * Mode Settings in Embedded Mode::
29712 * Customizing Embedded Mode::
29713 @end menu
29715 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
29716 @section Basic Embedded Mode
29718 @noindent
29719 @kindex C-x * e
29720 @pindex calc-embedded
29721 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
29722 formula in any buffer and press @kbd{C-x * e} (@code{calc-embedded}).
29723 Note that @kbd{C-x * e} is not to be used in the Calc stack buffer
29724 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
29725 are visiting your own files.
29727 Calc will try to guess an appropriate language based on the major mode
29728 of the editing buffer. (@xref{Language Modes}.) If the current buffer is
29729 in @code{latex-mode}, for example, Calc will set its language to La@TeX{}.
29730 Similarly, Calc will use @TeX{} language for @code{tex-mode},
29731 @code{plain-tex-mode} and @code{context-mode}, C language for
29732 @code{c-mode} and @code{c++-mode}, FORTRAN language for
29733 @code{fortran-mode} and @code{f90-mode}, Pascal for @code{pascal-mode},
29734 and eqn for @code{nroff-mode} (@pxref{Customizing Calc}).  
29735 These can be overridden with Calc's mode
29736 changing commands (@pxref{Mode Settings in Embedded Mode}).  If no
29737 suitable language is available, Calc will continue with its current language.
29739 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
29740 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
29741 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded mode
29742 understands are:
29744 @enumerate
29745 @item
29746 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
29747 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
29748 @item
29749 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
29750 @item
29751 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
29752 @item
29753 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
29754 @item
29755 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
29756 @end enumerate
29758 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
29759 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
29760 on their own separate lines or in-line with the formula.
29762 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
29763 instead uses the current point as one end of the formula, and includes
29764 that many lines forward or backward (respectively, including the current
29765 line). Explicit delimiters are not necessary in this case.
29767 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region (delimited
29768 by point and mark) instead of formula delimiters.  With a prefix
29769 argument of @kbd{C-u} only, Calc uses the current line as the formula.
29771 @kindex C-x * w
29772 @pindex calc-embedded-word
29773 The @kbd{C-x * w} (@code{calc-embedded-word}) command will start Embedded
29774 mode on the current ``word''; in this case Calc will scan for the first
29775 non-numeric character (i.e., the first character that is not a digit,
29776 sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e}) forward and
29777 backward to delimit the formula.
29779 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
29780 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
29781 Calc can generally identify @TeX{} formulas and
29782 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
29783 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
29784 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
29785 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
29786 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
29787 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
29788 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
29789 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
29791 If you press @kbd{C-x * e} or @kbd{C-x * w} to activate an embedded
29792 formula which is blank, say with the cursor on the space between
29793 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
29794 an algebraic entry.
29796 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
29797 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
29798 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
29799 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
29800 not affected by Embedded mode.
29802 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
29803 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
29804 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
29805 You can create a Calc window by hand with @kbd{C-x * o} if you
29806 find you need to see the entire stack.
29808 For example, typing @kbd{C-x * e} while somewhere in the formula
29809 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
29810 inequality:
29812 @example
29813 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
29814 @end example
29816 @noindent
29817 The formula @expr{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
29818 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
29819 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
29820 to match Calc's usual display style:
29822 @example
29823 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
29824 @end example
29826 @noindent
29827 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
29828 in a different formula, one which we have not yet touched with
29829 Embedded mode.
29831 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
29832 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
29833 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
29834 This is a selection-based command for which we first need to
29835 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
29836 needs to be commuted.
29838 @example
29839 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
29840 @end example
29842 The @kbd{C-x * o} command is a useful way to open a Calc window
29843 without actually selecting that window.  Giving this command
29844 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
29845 @kbd{17 @key{RET}} would produce:
29847 @example
29848 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
29849 @end example
29851 @noindent
29852 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
29853 at this point will exchange the two stack values and restore
29854 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
29855 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
29856 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
29857 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
29858 stack at any given time (unless you use @kbd{C-x * o}).
29860 Typing @kbd{C-x * e} again turns Embedded mode off.  The Calc
29861 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
29862 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
29863 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
29864 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
29865 that happens on the stack is entirely your business as far as
29866 Embedded mode is concerned.
29868 If you press @kbd{C-x * e} in the wrong place by accident, it is
29869 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
29870 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
29871 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
29872 press @kbd{C-x * e} again to exit Embedded mode, then give the
29873 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
29874 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
29875 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
29876 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
29877 you haven't done anything with this formula yet.
29879 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
29880 @section More About Embedded Mode
29882 @noindent
29883 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
29884 the formula for the first time since the buffer was created or
29885 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
29886 written.  If the formula contains any La@TeX{}-like @samp{\} sequences,
29887 it is parsed (i.e., read) in La@TeX{} mode.  If the formula appears to
29888 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
29889 it is parsed according to the current language mode.
29891 Note that Calc does not change the current language mode according
29892 the formula it reads in.  Even though it can read a La@TeX{} formula when
29893 not in La@TeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
29894 whatever language mode is in effect.
29896 @tex
29897 \bigskip
29898 @end tex
29900 @kindex d p
29901 @pindex calc-show-plain
29902 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
29903 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
29904 specify matrix display styles which the parser is unable to
29905 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
29906 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
29907 formula is placed in front of the fully-formatted version.
29908 When Calc reads a formula that has such a plain version in
29909 front, it reads the plain version and ignores the formatted
29910 version.
29912 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
29913 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
29914 character begins a comment in @TeX{} and La@TeX{}, so if your formula is 
29915 embedded in a @TeX{} or La@TeX{} document its plain version will be
29916 invisible in the final printed copy.  Certain major modes have different
29917 delimiters to ensure that the ``plain'' version will be 
29918 in a comment for those modes, also.  
29919 See @ref{Customizing Embedded Mode} to see how to change the ``plain''
29920 formula delimiters. 
29922 There are several notations which Calc's parser for ``big''
29923 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
29924 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
29925 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
29926 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
29927 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
29928 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
29929 Calc will be able to read your formula later.
29931 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
29932 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
29933 any digits that are computed but not displayed will simply be
29934 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
29935 mode allows you to make sure that the complete number is present
29936 in the file as well as the rounded-down number.
29938 @tex
29939 \bigskip
29940 @end tex
29942 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
29943 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
29944 which is @cpi{} to the normal 12 decimal places, and then
29945 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
29946 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
29947 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
29948 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
29949 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
29950 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
29951 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
29952 all non-displayed digits will have been lost unless you used
29953 ``plain'' mode.
29955 @tex
29956 \bigskip
29957 @end tex
29959 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
29960 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
29961 work on it.  For example, you might want to have a sequence
29962 like this in your file (elaborating here on the example from
29963 the ``Getting Started'' chapter):
29965 @smallexample
29966 The derivative of
29968                               ln(ln(x))
29972                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
29974 whose value at x = 2 is
29976                             @r{(the value)}
29978 and at x = 3 is
29980                             @r{(the value)}
29981 @end smallexample
29983 @kindex C-x * d
29984 @pindex calc-embedded-duplicate
29985 The @kbd{C-x * d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
29986 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{C-x * d},
29987 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
29988 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
29989 Embedded mode is then enabled for that copy.
29991 For this example, you would start with just
29993 @smallexample
29994 The derivative of
29996                               ln(ln(x))
29997 @end smallexample
29999 @noindent
30000 and press @kbd{C-x * d} with the cursor on this formula.  The result
30003 @smallexample
30004 The derivative of
30006                               ln(ln(x))
30009                               ln(ln(x))
30010 @end smallexample
30012 @noindent
30013 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
30014 You can now press @kbd{a d x @key{RET}} to take the derivative, and
30015 @kbd{C-x * d C-x * d} to make two more copies of the derivative.
30016 To complete the computations, type @kbd{3 s l x @key{RET}} to evaluate
30017 the last formula, then move up to the second-to-last formula
30018 and type @kbd{2 s l x @key{RET}}.
30020 Finally, you would want to press @kbd{C-x * e} to exit Embedded
30021 mode, then go up and insert the necessary text in between the
30022 various formulas and numbers.
30024 @tex
30025 \bigskip
30026 @end tex
30028 @kindex C-x * f
30029 @kindex C-x * '
30030 @pindex calc-embedded-new-formula
30031 The @kbd{C-x * f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
30032 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
30033 some default delimiters, which are usually just blank lines,
30034 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
30035 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
30036 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
30037 the new delimiters, and pressing @kbd{C-x * e}.  The key sequence
30038 @kbd{C-x * '} is equivalent to @kbd{C-x * f}.
30040 @kindex C-x * n
30041 @kindex C-x * p
30042 @pindex calc-embedded-next
30043 @pindex calc-embedded-previous
30044 The @kbd{C-x * n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{C-x * p}
30045 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
30046 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
30047 can take positive or negative prefix arguments to move by several
30048 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
30049 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
30050 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
30051 @kbd{C-x * n} and @kbd{C-x * p} are a useful way to tell which
30052 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
30053 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
30054 formula, they just move the cursor.
30056 @kindex C-x * `
30057 @pindex calc-embedded-edit
30058 The @kbd{C-x * `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
30059 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
30060 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
30061 @kbd{C-c C-c} to finish the edit, or @kbd{C-x k} to cancel.
30063 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
30064 @section Assignments in Embedded Mode
30066 @noindent
30067 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
30068 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
30069 a definition in one formula, then refer to that definition in
30070 other formulas embedded in the same buffer.
30072 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
30074 @example
30075 foo := 5
30076 @end example
30078 @noindent
30079 records @expr{5} as the stored value of @code{foo} for the
30080 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
30081 does @emph{not} actually store @expr{5} as the ``global'' value
30082 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
30083 formulas in other buffers, will not see this assignment.
30085 One way to use this assigned value is simply to create an
30086 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
30087 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
30088 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
30089 is to use @samp{=>} elsewhere:
30091 @example
30092 foo + 7 => 12
30093 @end example
30095 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
30097 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
30098 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
30100 @example
30101 foo := 17
30103 foo + 7 => 24
30104 @end example
30106 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
30107 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
30108 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
30109 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
30110 variable @code{foo} becomes unassigned:
30112 @example
30115 foo + 7 => foo + 7
30116 @end example
30118 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
30119 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
30120 Then, @kbd{17 @key{TAB} @key{DEL}} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
30121 Subformulas}, to see how this works).
30123 @kindex C-x * j
30124 @pindex calc-embedded-select
30125 The @kbd{C-x * j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
30126 easy way to operate on assignments.  It is just like @kbd{C-x * e},
30127 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
30128 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
30129 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
30130 A formula can also be a combination of both:
30132 @example
30133 bar := foo + 3 => 20
30134 @end example
30136 @noindent
30137 in which case @kbd{C-x * j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
30139 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
30140 mode.
30142 @kindex C-x * u
30143 @pindex calc-embedded-update-formula
30144 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
30145 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
30146 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
30147 the change.  The @kbd{C-x * u} (@code{calc-embedded-update-formula})
30148 command is a convenient way to do this.
30150 @example
30151 foo := 6
30153 foo + 7 => 13
30154 @end example
30156 Pressing @kbd{C-x * u} is much like pressing @kbd{C-x * e = C-x * e}, that
30157 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
30158 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{C-x * u} does
30159 not actually use @kbd{C-x * e}, and in fact another formula somewhere
30160 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{C-x * u} and
30161 that formula will not be disturbed.
30163 With a numeric prefix argument, @kbd{C-x * u} updates all active
30164 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
30165 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
30166 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
30167 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
30169 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u C-x * u} updates only in the
30170 region between mark and point rather than in the whole buffer.
30172 @kbd{C-x * u} is also a handy way to activate a formula, such as an
30173 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
30174 file.
30176 @kindex C-x * a
30177 @pindex calc-embedded-activate
30178 The @kbd{C-x * a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
30179 through the current buffer and activates all embedded formulas
30180 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
30181 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
30182 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
30183 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
30184 changed.
30186 It is a good idea to type @kbd{C-x * a} right after loading a file
30187 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
30188 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
30189 automatically.  The idea is to place near the end of your file
30190 a few lines that look like this:
30192 @example
30193 --- Local Variables: ---
30194 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
30195 --- End: ---
30196 @end example
30198 @noindent
30199 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
30200 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
30201 or omitted altogether; in a @TeX{} or La@TeX{} file, @samp{%} would be a good
30202 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
30203 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
30204 trailing strings.
30206 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
30207 section like this one at the end of the file.  If it finds this
30208 section, it does the specified things (in this case, running
30209 @kbd{C-x * a} automatically) before editing of the file begins.
30210 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
30211 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
30212 page of the file if the file has any page separators.
30213 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30214 Emacs manual}.
30216 Note that @kbd{C-x * a} does not update the formulas it finds.
30217 To do this, type, say, @kbd{M-1 C-x * u} after @w{@kbd{C-x * a}}.
30218 Generally this should not be a problem, though, because the
30219 formulas will have been up-to-date already when the file was
30220 saved.
30222 Normally, @kbd{C-x * a} activates all the formulas it finds, but
30223 any previous active formulas remain active as well.  With a
30224 positive numeric prefix argument, @kbd{C-x * a} first deactivates
30225 all current active formulas, then actives the ones it finds in
30226 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
30227 @kbd{C-x * a} simply deactivates all formulas.
30229 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
30230 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
30231 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
30232 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{C-x * a}
30233 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
30234 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
30235 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
30236 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
30237 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
30238 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
30239 a few formulas one at a time but never use @kbd{C-x * a}, or if you
30240 used @kbd{C-x * a} but then Calc had to deactivate a formula
30241 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
30242 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
30243 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- C-x * a}).
30245 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
30246 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
30247 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
30248 following assignment is used.
30250 @example
30251 x => 1
30253 x := 1
30255 x => 1
30257 x := 2
30259 x => 2
30260 @end example
30262 As well as simple variables, you can also assign to subscript
30263 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
30264 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
30265 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
30266 but the automatic linkage between assignments and references works
30267 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
30269 If there are no assignments to a given variable, the global
30270 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
30271 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
30272 Note that global stored values will be lost when the file is saved
30273 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
30274 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
30275 @pxref{Operations on Variables}.
30277 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
30278 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
30279 recomputation off, you will have to use @kbd{C-x * u} to update these
30280 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
30281 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
30282 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 C-x * u}
30283 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
30284 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
30285 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
30286 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
30287 use @kbd{C-x * u} to update the buffer by hand.
30289 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
30290 @section Mode Settings in Embedded Mode
30292 @kindex m e
30293 @pindex calc-embedded-preserve-modes
30294 @noindent
30295 The mode settings can be changed while Calc is in embedded mode, but
30296 by default they will revert to their original values when embedded mode
30297 is ended. However, the modes saved when the mode-recording mode is
30298 @code{Save} (see below) and the modes in effect when the @kbd{m e}
30299 (@code{calc-embedded-preserve-modes}) command is given
30300 will be preserved when embedded mode is ended.
30302 Embedded mode has a rather complicated mechanism for handling mode
30303 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
30304 in the file that specify mode settings either global to the entire
30305 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
30306 case, different modes can be specified for use when a formula
30307 is the enabled Embedded mode formula.
30309 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for Fraction
30310 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded mode adds
30311 a line like the following one to the file just before the opening
30312 delimiter of the formula.
30314 @example
30315 % [calc-mode: fractions: t]
30316 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30317 @end example
30319 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
30320 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
30321 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
30322 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
30323 the file, or up to a line of the form
30325 @example
30326 % [calc-defaults]
30327 @end example
30329 @noindent
30330 which you can insert at strategic places in the file if this backward
30331 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
30332 ``zone'' of mode settings and another.
30334 If the file contains several annotations for the same mode, the
30335 closest one before the formula is used.  Annotations after the
30336 formula are never used (except for global annotations, described
30337 below).
30339 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
30340 square brackets and the text they enclose.  In fact, the leading
30341 characters are different for different major modes.  You can edit the
30342 mode annotations to a style that works better in context if you wish.
30343 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
30344 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
30345 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
30346 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
30347 Calc write the annotation for it once and see what it does.
30349 If you give a mode-changing command for a mode that already has
30350 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
30351 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
30352 one.
30354 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
30355 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
30356 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
30357 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
30358 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
30359 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
30360 sure the value is of a valid type or range; if you write an
30361 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
30362 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
30364 While Embedded mode is enabled, the word @code{Local} appears in
30365 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
30366 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
30367 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
30368 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
30369 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
30371 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
30372 that look like this, respectively:
30374 @example
30375 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
30376 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
30377 @end example
30379 The first kind of annotation will be used only while a formula
30380 is enabled in Embedded mode.  The second kind will be used only
30381 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
30382 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
30383 yet, is not relevant here.)
30385 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
30386 of the file:
30388 @example
30389 % [calc-global-mode: fractions t]
30390 @end example
30392 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
30393 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
30394 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
30395 the file, as long as those mode settings are suitable for all
30396 formulas in the file.
30398 Enabling a formula with @kbd{C-x * e} causes a fresh scan for local
30399 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
30400 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
30401 a formula with @kbd{C-x * u} will also re-scan the local modes, but
30402 global modes are only re-scanned by @kbd{C-x * a}.
30404 Another way that modes can get out of date is if you add a local
30405 mode annotation to a formula that has another formula after it.
30406 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
30407 first of the two embedded formulas is active.  But the second
30408 formula has not changed its style to match, even though by the
30409 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
30411 @example
30412 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30413 1.23e2
30415 456.
30416 @end example
30418 We would have to go down to the other formula and press @kbd{C-x * u}
30419 on it in order to get it to notice the new annotation.
30421 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are available
30422 which are also available outside of Embedded mode.  
30423 (@pxref{General Mode Commands}.) They are @code{Save},  in which mode
30424 settings are recorded permanently in your Calc init file (the file given
30425 by the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el})
30426 rather than by annotating the current document, and no-recording
30427 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
30428 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
30429 annotations at all.
30431 When Embedded mode is not enabled, mode-recording modes except
30432 for @code{Save} have no effect.
30434 @node Customizing Embedded Mode,  , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
30435 @section Customizing Embedded Mode
30437 @noindent
30438 You can modify Embedded mode's behavior by setting various Lisp
30439 variables described here.  These variables are customizable 
30440 (@pxref{Customizing Calc}), or you can use @kbd{M-x set-variable}
30441 or @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly.
30442 (Another possibility would be to use a file-local variable annotation at
30443 the end of the file; 
30444 @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the Emacs manual}.)
30445 Many of the variables given mentioned here can be set to depend on the
30446 major mode of the editing buffer (@pxref{Customizing Calc}).
30448 @vindex calc-embedded-open-formula
30449 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
30450 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
30451 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
30452 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
30453 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
30454 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
30455 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
30456 regular expression is not completely plain, let's go through it
30457 in detail.
30459 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
30460 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
30461 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
30462 Lisp program.
30464 The most obvious property of this regular expression is that it
30465 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
30466 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
30467 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
30468 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
30469 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
30470 So the actual regular expression seen by Calc is
30471 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
30473 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
30474 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
30475 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
30476 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
30477 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
30478 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
30480 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
30481 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
30482 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
30483 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
30484 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
30485 one or two dollar signs.
30487 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
30488 like this example, with several more alternatives added on to
30489 recognize various other common kinds of delimiters.
30491 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
30492 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
30493 is that the former expression actually ``consumes'' only one
30494 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
30495 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
30496 The former choice gives the most natural behavior when Calc
30497 must operate on a whole formula including its delimiters.
30499 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
30500 But just for your convenience, here is a list of all characters
30501 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
30502 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
30503 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
30504 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
30505 account for each of these six backslashes!)
30507 @vindex calc-embedded-close-formula
30508 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
30509 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
30510 regular expression to match the above example would be
30511 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
30512 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
30513 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
30514 of describing a blank line that is more appropriate for this
30515 case).
30517 @vindex calc-embedded-open-word
30518 @vindex calc-embedded-close-word
30519 The @code{calc-embedded-open-word} and @code{calc-embedded-close-word}
30520 variables are similar expressions used when you type @kbd{C-x * w}
30521 instead of @kbd{C-x * e} to enable Embedded mode.
30523 @vindex calc-embedded-open-plain
30524 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
30525 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
30526 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
30527 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
30528 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
30529 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space), but may
30530 be different for certain major modes.
30532 @vindex calc-embedded-close-plain
30533 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
30534 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}, but may be
30535 different for different major modes.  Without
30536 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
30537 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
30539 @vindex calc-embedded-open-new-formula
30540 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
30541 which is inserted at the front of a new formula when you type
30542 @kbd{C-x * f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
30543 string begins with a newline character and the @kbd{C-x * f} is
30544 typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip this
30545 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
30546 the file.
30548 @vindex calc-embedded-close-new-formula
30549 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
30550 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
30551 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
30552 @w{@kbd{C-x * f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
30553 @kbd{C-x * f} is typed on a blank line, both a leading opening
30554 newline and a trailing closing newline are omitted.)
30556 @vindex calc-embedded-announce-formula
30557 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
30558 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
30559 The @kbd{C-x * a} command searches for this pattern as well as for
30560 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{C-x * a} will
30561 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
30562 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
30563 But if your language includes a delimiter which can only occur
30564 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
30565 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, but may be
30566 different for different major modes.
30567 This pattern will check for @samp{%Embed} followed by any number of
30568 lines beginning with @samp{%} and a space.  This last is important to
30569 make Calc consider mode annotations part of the pattern, so that the
30570 formula's opening delimiter really is sure to follow the pattern.
30572 @vindex calc-embedded-open-mode
30573 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
30574 regular expression) which should precede a mode annotation.
30575 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
30576 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
30577 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
30578 The default is @code{"% "}, but may be different for different major
30579 modes. 
30581 @vindex calc-embedded-close-mode
30582 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
30583 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
30584 is simply a newline, @code{"\n"}, but may be different for different
30585 major modes.  If you change this, it is a good idea still to end with a
30586 newline so that mode annotations will appear on lines by themselves.
30588 @node Programming, Copying, Embedded Mode, Top
30589 @chapter Programming
30591 @noindent
30592 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
30593 on the nature of the problem you need to solve.
30595 @enumerate
30596 @item
30597 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
30598 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
30599 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
30600 as loops and conditionals.
30602 @item
30603 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
30604 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
30605 as an interactive command.
30607 @item
30608 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
30609 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
30610 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
30611 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
30612 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
30614 @item
30615 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
30616 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
30617 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
30618 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
30619 rewrite rules.
30620 @end enumerate
30622 @kindex z
30623 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
30624 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
30625 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
30626 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
30627 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
30628 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
30629 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
30631 @menu
30632 * Creating User Keys::
30633 * Keyboard Macros::
30634 * Invocation Macros::
30635 * Algebraic Definitions::
30636 * Lisp Definitions::
30637 @end menu
30639 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
30640 @section Creating User Keys
30642 @noindent
30643 @kindex Z D
30644 @pindex calc-user-define
30645 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
30646 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
30647 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
30649 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
30650 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
30651 prompted for the name of the Calculator command that this key should
30652 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
30653 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
30654 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
30655 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
30656 @kbd{z s} to be something else.
30658 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
30659 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
30661 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
30662 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
30663 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
30665 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
30666 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
30667 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
30668 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
30669 of a letter if you wish.
30671 @kindex Z U
30672 @pindex calc-user-undefine
30673 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
30674 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
30675 key we defined above.
30677 @kindex Z P
30678 @pindex calc-user-define-permanent
30679 @cindex Storing user definitions
30680 @cindex Permanent user definitions
30681 @cindex Calc init file, user-defined commands
30682 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
30683 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
30684 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
30685 your Calc init file; that is, the file given by the variable
30686 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}.)  For example,
30687 @kbd{Z P s} would register our @code{sincos} command permanently.  If
30688 you later wish to unregister this command you must edit your Calc init
30689 file by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
30690 use a different file for the Calc init file.)
30692 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
30693 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
30694 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
30695 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
30696 command will save all of these definitions.
30697 To save an algebraic function, type @kbd{'} (the apostrophe)
30698 when prompted for a key, and type the function name.  To save a command
30699 without its key binding, type @kbd{M-x} and enter a function name.  (The
30700 @samp{calc-} prefix will automatically be inserted for you.)
30701 (If the command you give implies a function, the function will be saved,
30702 and if the function has any display formats, those will be saved, but
30703 not the other way around:  Saving a function will not save any commands
30704 or key bindings associated with the function.) 
30706 @kindex Z E
30707 @pindex calc-user-define-edit
30708 @cindex Editing user definitions
30709 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
30710 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
30711 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
30712 following sections.
30714 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
30715 @section Programming with Keyboard Macros
30717 @noindent
30718 @kindex X
30719 @cindex Programming with keyboard macros
30720 @cindex Keyboard macros
30721 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
30722 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
30723 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
30724 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
30725 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
30726 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
30727 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
30728 information.
30730 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
30731 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
30732 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
30733 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
30734 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
30735 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
30736 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
30737 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
30738 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
30739 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
30740 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
30741 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
30742 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
30744 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
30745 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
30746 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
30747 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
30749 @menu
30750 * Naming Keyboard Macros::
30751 * Conditionals in Macros::
30752 * Loops in Macros::
30753 * Local Values in Macros::
30754 * Queries in Macros::
30755 @end menu
30757 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
30758 @subsection Naming Keyboard Macros
30760 @noindent
30761 @kindex Z K
30762 @pindex calc-user-define-kbd-macro
30763 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
30764 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
30765 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
30766 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
30767 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
30768 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
30769 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
30770 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
30771 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
30772 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
30773 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
30774 descriptive command name if you wish.
30776 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
30777 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
30778 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
30779 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
30781 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
30782 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
30784 @cindex Keyboard macros, editing
30785 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
30786 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edmacro} package
30787 edit the macro.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing and update 
30788 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, kill the
30789 buffer with @kbd{C-x k}.
30790 The special characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC},
30791 @code{DEL}, and @code{NUL} must be entered as these three character
30792 sequences, written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-} and
30793 @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
30794 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
30795 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
30796 takes some liberties with spaces: When we say @kbd{' [1 2 3] @key{RET}},
30797 we take it for granted that it is clear we really mean 
30798 @kbd{' [1 @key{SPC} 2 @key{SPC} 3] @key{RET}}.
30800 @kindex C-x * m
30801 @pindex read-kbd-macro
30802 The @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
30803 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
30804 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
30805 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
30807 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
30808 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
30810 @noindent
30811 @kindex Z [
30812 @kindex Z ]
30813 @pindex calc-kbd-if
30814 @pindex calc-kbd-else
30815 @pindex calc-kbd-else-if
30816 @pindex calc-kbd-end-if
30817 @cindex Conditional structures
30818 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
30819 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
30820 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
30821 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
30822 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
30823 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
30824 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
30826 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
30827 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
30828 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
30829 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
30830 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
30831 command is skipped.
30833 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
30834 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
30835 executed while you are making the definition as well as when you later
30836 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
30837 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
30838 don't get a stack-underflow error during the definition process.
30840 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
30841 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
30843 @kindex Z :
30844 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
30845 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
30846 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
30847 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
30848 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
30849 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
30850 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
30852 @kindex Z |
30853 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
30854 between any number of alternatives.  For example,
30855 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
30856 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
30857 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
30858 it will execute @var{part3}.
30860 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
30861 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
30862 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
30863 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
30864 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
30865 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
30866 does not.
30868 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
30869 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
30870 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
30871 constructs you must be careful that these character pairs do not
30872 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
30873 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
30874 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
30875 not work to define your own custom key bindings for these commands.
30876 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
30878 @kindex Z C-g
30879 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
30880 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
30881 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
30883 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
30884 @subsection Loops in Keyboard Macros
30886 @noindent
30887 @kindex Z <
30888 @kindex Z >
30889 @pindex calc-kbd-repeat
30890 @pindex calc-kbd-end-repeat
30891 @cindex Looping structures
30892 @cindex Iterative structures
30893 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
30894 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
30895 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
30896 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
30897 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
30898 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
30899 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
30900 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
30901 repeat a multiply-by-two step however many times.
30903 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
30904 In this case it is especially important to set up reasonable initial
30905 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
30906 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
30907 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
30908 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
30909 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
30910 in a buffer, then use @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
30911 macro.
30913 @kindex Z /
30914 @pindex calc-break
30915 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
30916 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
30917 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
30918 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
30919 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
30920 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
30921 in the C language.
30923 @kindex Z (
30924 @kindex Z )
30925 @pindex calc-kbd-for
30926 @pindex calc-kbd-end-for
30927 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
30928 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
30929 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
30930 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
30931 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
30932 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
30933 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
30934 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
30935 counter each time until the loop finishes.
30937 @cindex Summations (by keyboard macros)
30938 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
30939 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
30940 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
30941 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
30942 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
30943 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
30945 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
30946 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
30947 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
30948 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
30949 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
30950 argument of @mathit{-1} forces downward-counting conventions.
30952 @kindex Z @{
30953 @kindex Z @}
30954 @pindex calc-kbd-loop
30955 @pindex calc-kbd-end-loop
30956 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
30957 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
30958 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
30959 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
30960 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
30961 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
30962 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
30963 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
30964 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
30965 this feature.)
30967 The conditional and looping constructs are not actually tied to
30968 keyboard macros, but they are most often used in that context.
30969 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
30970 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
30971 as easily as in a macro definition.
30973 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
30974 conditional and looping commands.
30976 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
30977 @subsection Local Values in Macros
30979 @noindent
30980 @cindex Local variables
30981 @cindex Restoring saved modes
30982 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
30983 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
30984 macro may wish to turn on Fraction mode, or set a particular
30985 precision, independent of the user's normal setting for those
30986 modes.
30988 @kindex Z `
30989 @kindex Z '
30990 @pindex calc-kbd-push
30991 @pindex calc-kbd-pop
30992 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
30993 local variables inside the macro should not affect any variables
30994 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
30995 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
30997 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
30998 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
30999 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
31000 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
31001 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
31003 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
31004 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
31005 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
31006 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
31007 in exceptional conditions.
31009 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
31010 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
31011 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
31012 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
31013 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
31014 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
31015 macros were involved.
31017 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
31018 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
31019 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
31020 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
31021 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
31022 thereof) are also saved.
31024 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
31025 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
31026 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
31027 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
31028 for all mode-setting commands inside the macro.
31030 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
31031 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
31032 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
31033 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets the algebraic mode
31034 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
31035 outside the construct.
31037 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
31038 other settings such as the language mode and the various display modes,
31039 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
31041 @node Queries in Macros,  , Local Values in Macros, Keyboard Macros
31042 @subsection Queries in Keyboard Macros
31044 @c @noindent
31045 @c @kindex Z =
31046 @c @pindex calc-kbd-report
31047 @c The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
31048 @c message including the value on the top of the stack.  You are prompted
31049 @c to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
31050 @c is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
31051 @c to turn such messages off.
31053 @noindent
31054 @kindex Z #
31055 @pindex calc-kbd-query
31056 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command prompts for an algebraic
31057 entry which takes its input from the keyboard, even during macro
31058 execution.  All the normal conventions of algebraic input, including the
31059 use of @kbd{$} characters, are supported.  The prompt message itself is
31060 taken from the top of the stack, and so must be entered (as a string)
31061 before the @kbd{Z #} command.  (Recall, as a string it can be entered by
31062 pressing the @kbd{"} key and will appear as a vector when it is put on
31063 the stack.  The prompt message is only put on the stack to provide a
31064 prompt for the @kbd{Z #} command; it will not play any role in any
31065 subsequent calculations.)  This command allows your keyboard macros to
31066 accept numbers or formulas as interactive input.
31068 As an example, 
31069 @kbd{2 @key{RET} "Power: " @key{RET} Z # 3 @key{RET} ^} will prompt for
31070 input with ``Power: '' in the minibuffer, then return 2 to the provided
31071 power.  (The response to the prompt that's given, 3 in this example,
31072 will not be part of the macro.)
31074 @xref{Keyboard Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
31075 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
31076 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
31077 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
31078 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
31079 return control to the keyboard macro.
31081 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
31082 @section Invocation Macros
31084 @kindex C-x * z
31085 @kindex Z I
31086 @pindex calc-user-invocation
31087 @pindex calc-user-define-invocation
31088 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{C-x * z}
31089 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
31090 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
31091 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
31092 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
31093 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
31094 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
31095 @kbd{C-x * z} at any time to execute your invocation macro.
31097 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
31098 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
31099 by typing @kbd{C-x * r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
31100 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( C-x * r
31101 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
31102 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{C-x * z}.
31104 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
31105 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
31106 do not apply.  @kbd{C-x * z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
31107 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
31108 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
31110 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
31111 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
31112 @xref{General Mode Commands}.
31114 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
31115 @section Programming with Formulas
31117 @noindent
31118 @kindex Z F
31119 @pindex calc-user-define-formula
31120 @cindex Programming with algebraic formulas
31121 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
31122 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
31123 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
31124 command prompts for five things: The key, the command name, the function
31125 name, the argument list, and the behavior of the command when given
31126 non-numeric arguments.
31128 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
31129 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
31130 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
31131 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
31132 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
31133 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
31134 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
31136 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
31137 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
31138 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
31139 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
31141 The third prompt is for an algebraic function name.  The default is to
31142 use the same name as the command name but without the @samp{calc-}
31143 prefix.  (If this is of the form @samp{User-m}, the hyphen is removed so
31144 it won't be taken for a minus sign in algebraic formulas.)
31145 This is the name you will use if you want to enter your 
31146 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
31147 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
31148 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
31149 formula @samp{yow(x,y)}.
31151 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
31152 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
31153 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
31154 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
31155 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
31156 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
31157 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
31158 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
31159 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
31160 @expr{a + 2 b} with @expr{a=10} and @expr{b=100}.  Likewise, the formula
31161 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @expr{a=10} and
31162 @expr{b=100} in the definition.
31164 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
31165 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
31166 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
31167 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
31168 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
31169 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
31170 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
31172 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
31173 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
31174 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
31175 using the argument list @samp{(a b)}.
31177 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
31178 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
31179 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
31180 arguments @expr{10} and @expr{x} will leave the function in symbolic
31181 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
31182 then the formula will always be expanded, even for non-constant
31183 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
31184 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
31185 question.
31187 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
31188 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
31189 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
31190 derivative or integral or solve an equation involving the function.
31192 @kindex Z G
31193 @pindex calc-get-user-defn
31194 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
31195 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
31196 key, and this command pushes the formula that was used to define that
31197 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
31198 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
31199 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
31200 by a @kbd{Z F} command.
31202 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31203 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
31204 to edit the defining formula.  Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and
31205 store the new formula back in the definition, or kill the buffer with
31206 @kbd{C-x k} to
31207 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
31208 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
31209 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
31210 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
31212 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
31213 In this case it will permanently record all three of the relevant
31214 definitions: the key, the command, and the function.
31216 You may find it useful to turn off the default simplifications with
31217 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
31218 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
31219 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
31220 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
31221 @expr{a} to be constant with respect to @expr{v}.  Turning off
31222 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
31223 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
31224 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
31226 @node Lisp Definitions,  , Algebraic Definitions, Programming
31227 @section Programming with Lisp
31229 @noindent
31230 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
31231 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
31232 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
31233 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
31234 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
31235 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
31236 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
31237 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
31238 will not edit a Lisp-based definition.
31240 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
31241 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
31242 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
31243 to program the Calculator.
31245 This section first discusses ways to write commands, functions, or
31246 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
31247 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
31248 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
31249 for the true Lisp enthusiast.
31251 @menu
31252 * Defining Functions::
31253 * Defining Simple Commands::
31254 * Defining Stack Commands::
31255 * Argument Qualifiers::
31256 * Example Definitions::
31258 * Calling Calc from Your Programs::
31259 * Internals::
31260 @end menu
31262 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
31263 @subsection Defining New Functions
31265 @noindent
31266 @findex defmath
31267 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
31268 except that code in the body of the definition can make use of the full
31269 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
31270 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
31271 example,
31273 @example
31274 (defmath myfact (n)
31275   (if (> n 0)
31276       (* n (myfact (1- n)))
31277     1))
31278 @end example
31280 @noindent
31281 This actually expands to the code,
31283 @example
31284 (defun calcFunc-myfact (n)
31285   (if (math-posp n)
31286       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31287     1))
31288 @end example
31290 @noindent
31291 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
31293 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
31294 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
31295 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
31296 factorial function would be written along the following lines:
31298 @smallexample
31299 (defmath myfact (n)
31300   (if (> n 0)
31301       (* n (myfact (1- n)))
31302     (if (= n 0)
31303         1
31304       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
31305 @end smallexample
31307 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
31308 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
31309 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
31310 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
31311 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
31312 efficiently as possible.
31314 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
31315 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
31316 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
31317 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
31318 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
31319 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.
31321 For other functions @var{func}, if a function by the name
31322 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
31323 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
31324 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
31325 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
31326 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
31327 always used exactly as written (but not quoted).
31329 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
31330 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
31331 @code{for}, or @code{foreach} form,
31332 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
31333 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.
31335 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
31337 @itemize @bullet
31338 @item
31339 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
31340 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
31341 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
31342 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
31343 yields one element of a Calc matrix.
31345 @item
31346 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
31347 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
31348 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
31349 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
31350 in which case the effect is to store into the specified
31351 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @expr{x}
31352 into one element of a matrix.
31354 @item
31355 A @code{for} looping construct is available.  For example,
31356 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
31357 binding of @expr{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
31358 form in that @expr{i} is temporarily bound to the loop count
31359 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
31360 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
31361 are also available.  For each value of @expr{i} from zero to 10,
31362 @expr{j} counts from 0 to @expr{i-1} in steps of two.  Note that
31363 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
31364 that each element of the header is a list of three or four
31365 things, not just two.
31367 @item
31368 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
31369 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
31370 @code{body} with @expr{x} bound to each element of Calc vector
31371 @expr{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
31372 the initial @code{vec} symbol in the vector.
31374 @item
31375 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
31376 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
31377 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
31378 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
31380 @item
31381 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
31382 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @expr{x+y}
31383 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
31384 inside the body of the function.
31385 @end itemize
31387 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
31388 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
31389 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
31390 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
31391 formula can go between the quotes.  For example,
31393 @smallexample
31394 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
31395   (and (numberp x)
31396        (exp :"x * 0.5")))
31397 @end smallexample
31399 expands to
31401 @smallexample
31402 (defun calcFunc-sqexp (x)
31403   (and (math-numberp x)
31404        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
31405 @end smallexample
31407 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
31408 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
31409 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
31410 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
31411 step of @code{myfact} could have been written
31413 @example
31414 :"n * myfact(n-1)"
31415 @end example
31417 A good place to put your @code{defmath} commands is your Calc init file
31418 (the file given by @code{calc-settings-file}, typically
31419 @file{~/.calc.el}), which will not be loaded until Calc starts.
31420 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
31421 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
31422 seem reasonable to put your favorite @code{defmath} commands there,
31423 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
31424 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
31425 actually use the Calculator!  If you want to put the @code{defmath}
31426 commands there (for example, if you redefine @code{calc-settings-file}
31427 to be @file{.emacs}), a better effect can be had by writing
31429 @example
31430 (put 'calc-define 'thing '(progn
31431  (defmath ... )
31432  (defmath ... )
31434 @end example
31436 @noindent
31437 @vindex calc-define
31438 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
31439 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
31440 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
31441 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
31442 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
31443 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
31444 properties are removed as they are evaluated.  The property names
31445 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
31446 name of your project so as not to conflict with other properties.
31448 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
31449 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
31450 that same code in another file which you load by hand either before or
31451 after Calc itself is loaded.
31453 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
31454 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
31455 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
31456 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
31458 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
31459 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
31460 call your function, even if the file defining the property is loaded
31461 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
31462 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
31463 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
31464 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
31465 protect against this situation, you can put
31467 @example
31468 (run-hooks 'calc-check-defines)
31469 @end example
31471 @findex calc-check-defines
31472 @noindent
31473 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
31474 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
31475 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
31476 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
31478 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
31479 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
31480 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
31481 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
31483 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
31484 @subsection Defining New Simple Commands
31486 @noindent
31487 @findex interactive
31488 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
31489 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
31490 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
31491 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
31492 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
31493 the command work in the Calc environment.
31495 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
31496 for normal Emacs Lisp commands:
31498 @smallexample
31499 (defmath increase-precision (delta)
31500   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
31501   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
31502   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31503 @end smallexample
31505 This expands to the pair of definitions,
31507 @smallexample
31508 (defun calc-increase-precision (delta)
31509   "Increase precision by DELTA."
31510   (interactive "p")
31511   (calc-wrapper
31512    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
31514 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
31515   "Increase precision by DELTA."
31516   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
31517 @end smallexample
31519 @noindent
31520 where in this case the latter function would never really be used!  Note
31521 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
31522 the @code{math-add} function will work just as well as the native
31523 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
31525 @findex calc-wrapper
31526 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
31527 the function with code that looks roughly like this:
31529 @smallexample
31530 (let ((calc-command-flags nil))
31531   (unwind-protect
31532       (save-excursion
31533         (calc-select-buffer)
31534         @emph{body of function}
31535         @emph{renumber stack}
31536         @emph{clear} Working @emph{message})
31537     @emph{realign cursor and window}
31538     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
31539     @emph{update Emacs mode line}))
31540 @end smallexample
31542 @findex calc-select-buffer
31543 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
31544 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
31545 the @samp{*Calc Trail*} window.
31547 @findex calc-set-command-flag
31548 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to
31549 set the above-mentioned command flags.  Calc routines recognize the
31550 following command flags:
31552 @table @code
31553 @item renum-stack
31554 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
31555 after this command completes.  This is set by routines like
31556 @code{calc-push}.
31558 @item clear-message
31559 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
31560 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
31562 @item no-align
31563 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
31565 @item position-point
31566 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
31567 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
31568 this command finishes.
31570 @item keep-flags
31571 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
31572 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
31574 @item do-edit
31575 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
31577 @item hold-trail
31578 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
31579 there.
31580 @end table
31582 @kindex Y
31583 @kindex Y ?
31584 @vindex calc-Y-help-msgs
31585 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
31586 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
31587 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
31588 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
31589 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
31590 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
31591 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
31592 future versions of Calc.
31594 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
31595 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
31596 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
31597 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
31598 stands for your package, then a third key for the particular command
31599 within your package.
31601 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
31602 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
31603 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
31604 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
31605 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
31606 if necessary without having to modify the file.
31608 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
31609 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
31610 decreases the precision.
31612 @smallexample
31613 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
31614 ;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
31616 (defvar inc-prec-base-key "P"
31617   "Base key for inc-prec.el commands.")
31619 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
31621 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
31622             'increase-precision)
31623 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
31624             'decrease-precision)
31626 (setq calc-Y-help-msgs
31627       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
31628             calc-Y-help-msgs))
31630 (defmath increase-precision (delta)
31631   "Increase precision by DELTA."
31632   (interactive "p")
31633   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31635 (defmath decrease-precision (delta)
31636   "Decrease precision by DELTA."
31637   (interactive "p")
31638   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
31640 ))  ; end of calc-define property
31642 (run-hooks 'calc-check-defines)
31643 @end smallexample
31645 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
31646 @subsection Defining New Stack-Based Commands
31648 @noindent
31649 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
31650 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
31652 @example
31653 (interactive @var{num} @var{tag})
31654 @end example
31656 @noindent
31657 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
31658 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
31659 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
31660 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
31661 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
31662 parameters is valid.
31664 Your function must return either a number or a formula in a form
31665 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
31666 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
31667 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
31668 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
31669 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
31671 As an example, the definition
31673 @smallexample
31674 (defmath myfact (n)
31675   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31676   (interactive 1 "fact")
31677   (if (> n 0)
31678       (* n (myfact (1- n)))
31679     (and (= n 0) 1)))
31680 @end smallexample
31682 @noindent
31683 is a version of the factorial function shown previously which can be used
31684 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
31686 @smallexample
31687 (defun calc-myfact ()
31688   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31689   (interactive)
31690   (calc-slow-wrapper
31691    (calc-enter-result 1 "fact"
31692      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
31694 (defun calcFunc-myfact (n)
31695   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31696   (if (math-posp n)
31697       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31698     (and (math-zerop n) 1)))
31699 @end smallexample
31701 @findex calc-slow-wrapper
31702 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
31703 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
31704 computation begins.  (This message can be turned off by the user
31705 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
31707 @findex calc-top-list-n
31708 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
31709 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
31710 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
31711 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
31713 @findex calc-enter-result
31714 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
31715 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
31716 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
31717 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
31718 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
31719 being pushed are also recorded in the trail.
31721 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
31722 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
31723 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
31724 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
31725 containing the single symbol @code{nil}.
31727 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
31728 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
31729 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
31731 @example
31732 (defmath foo (a b &optional c)
31733   (interactive "p" 2 "foo")
31734   @var{body})
31735 @end example
31737 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
31738 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
31739 executed with a numeric prefix argument of @expr{n}.
31741 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
31742 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
31743 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
31744 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
31745 arguments to be used when no prefix is supplied.
31747 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
31748 @subsection Argument Qualifiers
31750 @noindent
31751 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
31752 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
31754 @example
31755 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
31756                &optional @var{param} @var{param...}
31757                &rest @var{param})
31758   @var{body})
31759 @end example
31761 @noindent
31762 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
31764 @example
31765 (@var{qual} @var{param})
31766 @end example
31768 The following qualifiers are recognized:
31770 @table @samp
31771 @item complete
31772 @findex complete
31773 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
31774 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
31775 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
31776 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)
31778 @item integer
31779 @findex integer
31780 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
31781 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
31782 formulas are rejected.
31784 @item natnum
31785 @findex natnum
31786 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
31788 @item fixnum
31789 @findex fixnum
31790 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
31791 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
31792 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
31794 @item float
31795 @findex float
31796 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
31797 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
31798 actually rejected by this qualifier.)
31800 @item @var{pred}
31801 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
31802 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
31804 @item not-@var{pred}
31805 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
31806 @end table
31808 For example,
31810 @example
31811 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
31812               &rest (integer d))
31813   @var{body})
31814 @end example
31816 @noindent
31817 expands to
31819 @example
31820 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
31821   (and (math-matrixp b)
31822        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
31823   (or (math-constp b)
31824       (math-reject-arg b 'constp))
31825   (and c (setq c (math-check-float c)))
31826   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
31827   @var{body})
31828 @end example
31830 @noindent
31831 which performs the necessary checks and conversions before executing the
31832 body of the function.
31834 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
31835 @subsection Example Definitions
31837 @noindent
31838 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
31839 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
31840 @pxref{Internals}.
31842 @menu
31843 * Bit Counting Example::
31844 * Sine Example::
31845 @end menu
31847 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
31848 @subsubsection Bit-Counting
31850 @noindent
31851 @ignore
31852 @starindex
31853 @end ignore
31854 @tindex bcount
31855 Calc does not include a built-in function for counting the number of
31856 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
31857 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
31858 that set; let's write a function that counts the bits without having to
31859 create an intermediate set.
31861 @smallexample
31862 (defmath bcount ((natnum n))
31863   (interactive 1 "bcnt")
31864   (let ((count 0))
31865     (while (> n 0)
31866       (if (oddp n)
31867           (setq count (1+ count)))
31868       (setq n (lsh n -1)))
31869     count))
31870 @end smallexample
31872 @noindent
31873 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
31874 Emacs Lisp function:
31876 @smallexample
31877 (defun calcFunc-bcount (n)
31878   (setq n (math-check-natnum n))
31879   (let ((count 0))
31880     (while (math-posp n)
31881       (if (math-oddp n)
31882           (setq count (math-add count 1)))
31883       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
31884     count))
31885 @end smallexample
31887 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
31888 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
31889 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
31890 involve actual division.
31892 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
31893 @var{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
31894 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
31895 routines are especially fast when dividing by an integer less than
31896 1000, so we can set @var{n = 9} bits and use repeated division by 512:
31898 @smallexample
31899 (defmath bcount ((natnum n))
31900   (interactive 1 "bcnt")
31901   (let ((count 0))
31902     (while (not (fixnump n))
31903       (let ((qr (idivmod n 512)))
31904         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
31905               n (car qr))))
31906     (+ count (bcount-fixnum n))))
31908 (defun bcount-fixnum (n)
31909   (let ((count 0))
31910     (while (> n 0)
31911       (setq count (+ count (logand n 1))
31912             n (lsh n -1)))
31913     count))
31914 @end smallexample
31916 @noindent
31917 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
31918 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
31919 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
31920 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
31921 uses.
31923 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
31924 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
31925 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
31926 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
31927 actually they are less efficient because each operation is really
31928 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
31929 same thing with a single division by 512.
31931 @node Sine Example,  , Bit Counting Example, Example Definitions
31932 @subsubsection The Sine Function
31934 @noindent
31935 @ignore
31936 @starindex
31937 @end ignore
31938 @tindex mysin
31939 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
31940 well-known Taylor series expansion for 
31941 @texline @math{\sin x}:
31942 @infoline @samp{sin(x)}:
31944 @smallexample
31945 (defmath mysin ((float (anglep x)))
31946   (interactive 1 "mysn")
31947   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
31948   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
31949         newsum
31950         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
31951         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
31952     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
31953       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
31954       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
31955             x (* x xnegsqr)
31956             newsum (+ sum (/ x nfact)))
31957       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
31958           (break))           ;  then we are done.
31959       (setq sum newsum))
31960     sum))
31961 @end smallexample
31963 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
31964 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @cpiover{4}.  This
31965 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
31966 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
31967 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
31968 by a separate algorithm.
31970 @smallexample
31971 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
31972   (interactive 1 "mysn")
31973   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
31974   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
31975     (cond ((complexp x)
31976            (mysin-complex x))
31977           ((< x 0)
31978            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
31979           (t (mysin-raw x))))))
31981 (defmath mysin-raw (x)
31982   (cond ((>= x 7)
31983          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
31984         ((> x (pi-over-2))
31985          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
31986         ((> x (pi-over-4))
31987          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
31988         ((< x (- (pi-over-4)))
31989          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
31990         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
31991 @end smallexample
31993 @noindent
31994 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
31995 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
31996 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
31997 @code{mysin-raw} for cosines.
31999 The strategy is to ensure that @expr{x} is nonnegative before calling
32000 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
32001 to a suitable range, namely, plus-or-minus @cpiover{4}.  Note that each
32002 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
32003 that small roundoff errors cannot produce an infinite loop.  (Suppose
32004 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
32005 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
32006 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
32007 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
32008 that this rule misses.
32010 If a program is being written for general use, it is important to code
32011 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
32012 when you know that your own use of the sine function will never encounter
32013 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
32015 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
32016 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
32018 @noindent
32019 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
32020 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
32021 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
32022 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
32023 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
32024 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
32025 much simpler to use!
32027 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
32028 options, but they all stem from one simple operation.
32030 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
32031 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
32032 the result formatted as a string: @code{"3"}.
32034 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
32035 functions, you don't need to make any special preparations to load
32036 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
32037 loaded and initialized for you.
32039 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
32040 evaluating the expression and formatting the result.
32042 @ifinfo
32043 @example
32045 @end example
32046 @end ifinfo
32047 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
32049 @noindent
32050 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
32051 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
32052 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
32053 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
32055 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
32056 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
32057 one by one below.
32059 You can give additional arguments to be substituted for
32060 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
32061 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
32062 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
32063 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
32064 used as a placeholder for the item-separator argument.
32066 @ifinfo
32067 @example
32069 @end example
32070 @end ifinfo
32071 @subsubsection Error Handling
32073 @noindent
32074 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
32075 the character position of the error, plus a suitable message as a
32076 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
32077 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
32078 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
32079 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
32081 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
32082 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
32083 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
32084 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
32086 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
32087 are returned as strings instead of lists.  The character position is
32088 ignored.
32090 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
32091 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
32092 it permanently with @code{setq}.
32094 @ifinfo
32095 @example
32097 @end example
32098 @end ifinfo
32099 @subsubsection Numbers Only
32101 @noindent
32102 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
32103 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
32104 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
32105 that are not constants are treated as errors.  The error message
32106 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
32107 or otherwise ``Number expected.''
32109 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
32110 object that does not include variables or function calls.  If it
32111 is a vector, the components must themselves be constants.
32113 @ifinfo
32114 @example
32116 @end example
32117 @end ifinfo
32118 @subsubsection Default Modes
32120 @noindent
32121 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
32122 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
32123 various Calc modes to their default values while the formula is
32124 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
32125 digits, digit grouping is turned off, and the Normal language
32126 mode is used.
32128 This same principle applies to the other options discussed below.
32129 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
32130 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
32132 If there are other elements in the list, they are taken as
32133 variable-name/value pairs which override the default mode
32134 settings.  Look at the documentation at the front of the
32135 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
32136 the various modes.  The mode settings are restored to their
32137 original values when @code{calc-eval} is done.
32139 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
32140 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
32141 using default mode settings except that the precision is 8 instead
32142 of the default of 12.
32144 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
32145 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
32146 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
32147 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
32148 when the user has left Calc in Symbolic mode or No-Simplify mode.
32150 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
32151 checks if the number in string @expr{a} is less than the one in
32152 string @expr{b}.  Without using a list, the integer 1 might
32153 come out in a variety of formats which would be hard to test for
32154 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
32155 see ``Predicates'' mode, below.)
32157 @ifinfo
32158 @example
32160 @end example
32161 @end ifinfo
32162 @subsubsection Raw Numbers
32164 @noindent
32165 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
32166 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
32167 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
32168 numbers must be converted to and from string format as they are passed
32169 from one @code{calc-eval} to the next.
32171 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
32172 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
32173 how these objects look in the following sections, but usually you can
32174 treat them as ``black box'' objects with no important internal
32175 structure.
32177 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
32178 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signaling
32179 an error if that object is not a constant).
32181 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
32182 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
32183 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
32184 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
32185 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
32186 function in Calc, if you can remember its name.
32188 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
32189 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
32190 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
32191 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
32193 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
32194 to format it as a string.
32196 It is an error if the input expression evaluates to a list of
32197 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
32198 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
32200 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
32201 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
32202 various kinds of error returns discussed above.
32204 @ifinfo
32205 @example
32207 @end example
32208 @end ifinfo
32209 @subsubsection Predicates
32211 @noindent
32212 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
32213 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
32214 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
32215 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
32217 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
32218 one value is less than another.
32220 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
32221 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
32222 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
32223 wish to have an error register as ``false'', use something like
32224 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
32226 @ifinfo
32227 @example
32229 @end example
32230 @end ifinfo
32231 @subsubsection Variable Values
32233 @noindent
32234 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
32235 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
32236 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
32237 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
32238 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
32239 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
32240 will return @code{"7.14159265359"}.
32242 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
32243 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
32244 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
32245 understand either string or raw form values stored in variables,
32246 although raw data objects are much more efficient.  For example,
32247 to increment the Calc variable @code{a}:
32249 @example
32250 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
32251 @end example
32253 @ifinfo
32254 @example
32256 @end example
32257 @end ifinfo
32258 @subsubsection Stack Access
32260 @noindent
32261 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
32262 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
32263 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
32264 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
32265 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
32266 usual way).
32268 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
32269 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
32270 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
32271 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
32272 is the number of elements remaining in the stack after popping;
32273 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
32274 the stack.
32276 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
32277 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
32278 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
32279 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
32280 integer is out of range, @code{nil} is returned.
32282 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
32283 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
32284 as a string.
32286 In all of these cases the first argument can be made a list in
32287 order to force the default mode settings, as described above.
32288 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
32289 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
32290 instead of current display modes, except that the radix is
32291 hexadecimal instead of decimal.
32293 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
32294 found it when you are done, unless the user of your program is
32295 actually expecting it to affect the stack.
32297 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
32298 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
32299 the stack buffer if necessary.
32301 @ifinfo
32302 @example
32304 @end example
32305 @end ifinfo
32306 @subsubsection Keyboard Macros
32308 @noindent
32309 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
32310 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
32311 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
32312 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
32313 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
32314 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
32315 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
32317 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
32318 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
32319 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
32320 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
32321 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
32323 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
32324 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
32325 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
32327 The return value in this case is always @code{nil}.
32329 @ifinfo
32330 @example
32332 @end example
32333 @end ifinfo
32334 @subsubsection Lisp Evaluation
32336 @noindent
32337 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
32338 @code{eval} function is called on the first argument, which must
32339 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
32340 quote the expression so that it is not evaluated until inside
32341 @code{calc-eval}.
32343 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
32344 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
32345 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
32346 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
32348 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
32349 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
32350 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
32351 Note that this function will leave a message in the echo area as
32352 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
32353 automatically if not invoked from there, so the above call is
32354 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
32355 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
32356 your original buffer when it is done.
32358 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
32359 expression to use default instead of current mode settings.
32361 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
32362 returned by the evaluated Lisp expression.
32364 @ifinfo
32365 @example
32367 @end example
32368 @end ifinfo
32369 @subsubsection Example
32371 @noindent
32372 @findex convert-temp
32373 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
32374 you have a document with lots of references to temperatures on the
32375 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
32376 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
32377 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
32378 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
32379 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
32381 @example
32382 (defun convert-temp ()
32383   (interactive)
32384   (save-excursion
32385     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
32386     (let* ((top1 (match-beginning 1))
32387            (bot1 (match-end 1))
32388            (number (buffer-substring top1 bot1))
32389            (top2 (match-beginning 2))
32390            (bot2 (match-end 2))
32391            (type (buffer-substring top2 bot2)))
32392       (if (equal type "F")
32393           (setq type "C"
32394                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
32395         (setq type "F"
32396               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
32397       (goto-char top2)
32398       (delete-region top2 bot2)
32399       (insert-before-markers type)
32400       (goto-char top1)
32401       (delete-region top1 bot1)
32402       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
32403           (setq number (substring number 0 -1)))
32404       (insert number))))
32405 @end example
32407 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
32408 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
32409 instead of after it.
32411 @node Internals,  , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
32412 @subsection Calculator Internals
32414 @noindent
32415 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
32416 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
32417 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
32418 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
32419 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
32420 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
32421 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
32422 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
32424 The functions described here are scattered throughout the various
32425 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
32426 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
32427 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
32428 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
32429 in the remaining component files.
32431 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
32432 generally always executes with the extensions already loaded, so
32433 normally you can use any Calc function and be confident that it will
32434 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
32435 special, check carefully to make sure each function you are using is
32436 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
32437 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
32438 prove this file will already be loaded.
32440 @menu
32441 * Data Type Formats::
32442 * Interactive Lisp Functions::
32443 * Stack Lisp Functions::
32444 * Predicates::
32445 * Computational Lisp Functions::
32446 * Vector Lisp Functions::
32447 * Symbolic Lisp Functions::
32448 * Formatting Lisp Functions::
32449 * Hooks::
32450 @end menu
32452 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
32453 @subsubsection Data Type Formats
32455 @noindent
32456 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
32457 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
32458 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
32459 which is not a Lisp list.
32461 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
32462 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
32463 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
32464 @mathit{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
32465 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
32466 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
32467 example, the integer @mathit{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
32469 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
32470 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
32471 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
32472 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
32473 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
32474 and large integers are called @dfn{bignums}.
32476 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
32477 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
32478 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
32479 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
32480 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
32481 are normalized by negating the numerator and denominator.
32483 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
32484 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
32485 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
32486 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
32487 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
32488 @mathit{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
32489 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
32490 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
32491 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
32492 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)
32494 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
32495 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
32496 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
32497 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
32498 components are converted to real numbers automatically.
32500 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
32501 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
32502 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
32503 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
32504 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
32505 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
32506 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
32507 negative real number.)
32509 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
32510 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
32511 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
32512 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
32513 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.
32515 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
32516 a real number that counts days since midnight on the morning of
32517 January 1, 1 AD.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
32518 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
32520 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
32521 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
32522 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
32524 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
32525 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
32526 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
32527 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
32528 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
32529 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
32531 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
32532 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
32533 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
32534 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
32535 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
32536 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
32537 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
32538 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
32539 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
32540 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
32542 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
32543 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
32544 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
32545 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
32546 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
32547 generally unused by Calc data structures.
32549 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
32550 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
32551 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
32552 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
32553 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
32554 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
32555 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
32556 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
32557 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
32558 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
32559 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
32560 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
32561 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
32562 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
32563 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
32564 which represent units are not stored in any special way; they are units
32565 only because their names appear in the units table.  If the value
32566 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
32567 the variable is used.
32569 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
32570 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
32571 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
32572 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
32573 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
32574 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
32575 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
32576 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
32577 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
32578 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
32579 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
32580 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
32581 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
32582 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
32583 object which represents their value, or a list of such objects if they
32584 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
32585 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
32586 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
32587 and is not used by any built-in Calc functions.)
32589 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
32590 @subsubsection Interactive Functions
32592 @noindent
32593 The functions described here are used in implementing interactive Calc
32594 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
32595 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
32596 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
32598 @defun calc-set-command-flag flag
32599 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
32600 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
32601 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
32602 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
32603 @end defun
32605 @defun calc-clear-command-flag flag
32606 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
32607 remove it from that list.
32608 @end defun
32610 @defun calc-record-undo rec
32611 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
32612 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
32613 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
32614 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
32615 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
32616 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
32617 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
32618 contains the variable's value) was stored and its previous value was
32619 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
32620 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
32621 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
32622 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
32623 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.
32624 @end defun
32626 @defun calc-record-why msg args
32627 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
32628 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
32629 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
32630 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
32631 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
32632 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
32633 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
32634 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
32635 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
32636 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
32637 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
32638 automatically; @pxref{Predicates}.
32639 @end defun
32641 @defun calc-is-inverse
32642 This predicate returns true if the current command is inverse,
32643 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
32644 @end defun
32646 @defun calc-is-hyperbolic
32647 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
32648 @end defun
32650 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
32651 @subsubsection Stack-Oriented Functions
32653 @noindent
32654 The functions described here perform various operations on the Calc
32655 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
32657 @defun calc-push-list vals n
32658 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
32659 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
32660 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
32661 elements will be inserted into the stack so that the last element will
32662 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
32663 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
32664 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
32665 is an empty list, nothing happens.
32667 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
32668 You can give an optional third argument to this function, which must
32669 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
32670 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
32671 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
32672 @end defun
32674 @defun calc-top-list n m
32675 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
32676 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
32677 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
32678 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
32679 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
32680 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
32681 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
32682 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
32683 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
32684 evaluated, rounded, or renormalized.
32686 If any stack elements contain selections, and selections have not
32687 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
32688 this function returns the selected portions rather than the entire
32689 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
32690 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
32691 a selection in any of the requested stack elements produces an
32692 ``invalid operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
32693 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
32694 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
32695 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
32696 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
32697 list form is returned; the first element of this list will be the whole
32698 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
32699 @end defun
32701 @defun calc-pop-stack n m
32702 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
32703 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
32704 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
32706 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
32707 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
32708 error without changing the stack.  If you supply an optional third
32709 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
32710 contain selections.
32711 @end defun
32713 @defun calc-record-list vals tag
32714 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
32715 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
32716 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
32717 will be used.
32718 @end defun
32720 @defun calc-normalize n
32721 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
32722 least this involves re-rounding floating-point values according to the
32723 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
32724 selected No-Simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
32725 actually evaluating a formula object by executing the function calls
32726 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
32727 @end defun
32729 @defun calc-top-list-n n m
32730 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
32731 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
32732 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
32733 objects will be rejected with an error message.  All computational
32734 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
32735 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
32736 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
32737 This function accepts the same optional selection-mode argument as
32738 @code{calc-top-list}.
32739 @end defun
32741 @defun calc-top-n m
32742 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
32743 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
32744 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
32745 @end defun
32747 @defun calc-enter-result n tag vals
32748 This function is a convenient interface to most of the above functions.
32749 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
32750 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
32751 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
32752 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
32753 A typical stack-based computational command would take the form,
32755 @smallexample
32756 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
32757                                (calc-top-list-n @var{n})))
32758 @end smallexample
32760 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
32761 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
32762 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
32763 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
32764 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
32765 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
32766 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
32767 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
32768 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
32769 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
32770 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
32771 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
32772 are present.
32773 @end defun
32775 @defun calc-unary-op tag func arg
32776 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
32777 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
32778 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
32779 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
32780 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,
32782 @smallexample
32783 (defun calc-zeta (arg)
32784   (interactive "P")
32785   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
32786 @end smallexample
32787 @end defun
32789 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
32790 This function implements a binary operator, analogously to
32791 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
32792 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
32793 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
32794 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
32795 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
32796 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
32797 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
32798 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
32799 stack elements; when the argument is negative, the function is
32800 mapped between the next-to-top @mathit{-@var{arg}} stack elements and the
32801 top element.
32802 @end defun
32804 @defun calc-stack-size
32805 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
32806 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
32807 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
32808 @end defun
32810 @defun calc-cursor-stack-index n
32811 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
32812 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
32813 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
32814 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
32815 line number, not the stack entry itself.
32816 @end defun
32818 @defun calc-substack-height n
32819 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
32820 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
32821 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
32822 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
32823 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
32824 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
32825 entries.)
32826 @end defun
32828 @defun calc-refresh
32829 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
32830 This must be called after changing any parameter, such as the current
32831 display radix, which might change the appearance of existing stack
32832 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
32833 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
32834 rather than just the top few elements when the macro finishes.)
32835 @end defun
32837 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
32838 @subsubsection Predicates
32840 @noindent
32841 The functions described here are predicates, that is, they return a
32842 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
32843 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
32844 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
32845 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
32846 the full range of Calc data types.
32848 @defun zerop x
32849 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
32850 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
32851 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
32852 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
32853 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
32854 @end defun
32856 @defun negp x
32857 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
32858 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
32859 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
32860 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
32861 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
32862 @end defun
32864 @defun posp x
32865 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
32866 numbers, none of these three predicates will return true.
32867 @end defun
32869 @defun looks-negp x
32870 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
32871 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
32872 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
32873 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
32874 @end defun
32876 @defun integerp x
32877 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
32878 @end defun
32880 @defun fixnump x
32881 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
32882 @end defun
32884 @defun natnump x
32885 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
32886 @end defun
32888 @defun fixnatnump x
32889 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
32890 @end defun
32892 @defun num-integerp x
32893 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
32894 true integer or a float with no significant digits to the right of
32895 the decimal point.
32896 @end defun
32898 @defun messy-integerp x
32899 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
32900 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
32901 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
32902 @end defun
32904 @defun num-natnump x
32905 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
32906 @end defun
32908 @defun evenp x
32909 Returns true if @var{x} is an even integer.
32910 @end defun
32912 @defun looks-evenp x
32913 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
32914 multiplicative coefficient which is an even integer.
32915 @end defun
32917 @defun oddp x
32918 Returns true if @var{x} is an odd integer.
32919 @end defun
32921 @defun ratp x
32922 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
32923 fraction.
32924 @end defun
32926 @defun realp x
32927 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
32928 or floating-point number.
32929 @end defun
32931 @defun anglep x
32932 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
32933 @end defun
32935 @defun floatp x
32936 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
32937 interval, date form, or modulo form in which at least one component
32938 is a float.
32939 @end defun
32941 @defun complexp x
32942 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
32943 (but not a real number).
32944 @end defun
32946 @defun rect-complexp x
32947 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
32948 @end defun
32950 @defun polar-complexp x
32951 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
32952 @end defun
32954 @defun numberp x
32955 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
32956 @end defun
32958 @defun scalarp x
32959 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
32960 @end defun
32962 @defun vectorp x
32963 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
32964 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
32965 @end defun
32967 @defun numvecp x
32968 Returns true if @var{x} is a number or vector.
32969 @end defun
32971 @defun matrixp x
32972 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
32973 all of the same size.
32974 @end defun
32976 @defun square-matrixp x
32977 Returns true if @var{x} is a square matrix.
32978 @end defun
32980 @defun objectp x
32981 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
32982 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
32983 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
32984 as their components; see @code{constp} below.)
32985 @end defun
32987 @defun objvecp x
32988 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
32989 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
32990 mentioned above for @code{objectp}).
32991 @end defun
32993 @defun primp x
32994 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
32995 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
32996 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
32997 and intervals.
32998 @end defun
33000 @defun constp x
33001 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
33002 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
33003 components are @code{constp}.
33004 @end defun
33006 @defun lessp x y
33007 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
33008 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
33009 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
33010 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
33011 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
33012 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
33013 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.
33014 @end defun
33016 @defun beforep x y
33017 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
33018 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
33019 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
33020 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
33021 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
33022 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
33023 by @kbd{a s} to put the terms of a product into canonical order:
33024 This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to @samp{2 x y}.
33025 @end defun
33027 @defun equal x y
33028 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
33029 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
33030 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
33031 0 and 0.0 as different.
33032 @end defun
33034 @defun math-equal x y
33035 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
33036 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
33037 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
33038 converted to @samp{(math-equal x y)}.
33039 @end defun
33041 @defun equal-int x n
33042 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
33043 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
33044 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
33045 whenever possible.
33046 @end defun
33048 @defun nearly-equal x y
33049 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
33050 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
33051 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
33052 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
33053 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
33054 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
33055 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
33056 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
33057 error in the series evaluation without doing extra work which would be
33058 lost when the result is rounded back down to the current precision.
33059 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
33060 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
33061 @end defun
33063 @defun nearly-zerop x y
33064 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
33065 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
33066 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
33067 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
33068 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
33069 @var{y} must be real.
33070 @end defun
33072 @defun is-true x
33073 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
33074 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
33075 or a provably non-zero formula.
33076 @end defun
33078 @defun reject-arg val pred
33079 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
33080 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
33081 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
33082 function call which led here will be left in symbolic form.
33083 @end defun
33085 @defun inexact-value
33086 If Symbolic mode is enabled, this will signal an error that causes
33087 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
33088 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic mode.)
33089 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic mode, the
33090 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
33091 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
33092 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic mode will
33093 return the formula @samp{sin(5)} to your function.
33094 @end defun
33096 @defun overflow
33097 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
33098 @end defun
33100 @defun underflow
33101 This signals a floating-point underflow.
33102 @end defun
33104 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
33105 @subsubsection Computational Functions
33107 @noindent
33108 The functions described here do the actual computational work of the
33109 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
33110 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
33111 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
33112 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
33113 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
33114 is the actual Lisp function for taking square roots.
33116 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
33117 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
33118 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
33119 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
33120 respectively, instead.
33122 @defun normalize val
33123 (Full form: @code{math-normalize}.)
33124 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
33125 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
33126 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
33127 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
33128 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
33129 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
33130 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
33131 return 6.
33133 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
33134 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
33135 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
33136 the formula still in symbolic form.
33138 If the current simplification mode is ``none'' or ``numeric arguments
33139 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
33140 powerful simplification modes (like Algebraic Simplification) are
33141 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
33142 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
33143 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
33144 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
33145 on the stack.
33146 @end defun
33148 @defun evaluate-expr expr
33149 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
33150 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
33151 when you press the @kbd{=} key interactively.
33152 @end defun
33154 @defmac with-extra-prec n body
33155 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
33156 digits.  This is a macro which expands to
33158 @smallexample
33159 (math-normalize
33160   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
33161     @var{body}))
33162 @end smallexample
33164 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
33165 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
33166 is important because some arithmetic operations assume a number's
33167 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
33168 @end defmac
33170 @defun make-frac n d
33171 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
33172 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
33173 @end defun
33175 @defun make-float mant exp
33176 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
33177 of which are arbitrary integers.  This function will return a
33178 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
33179 if @var{exp} is out of range.
33180 @end defun
33182 @defun make-sdev x sigma
33183 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
33184 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
33185 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
33186 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
33187 error forms, this calls @code{reject-arg}.
33188 @end defun
33190 @defun make-intv mask lo hi
33191 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
33192 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
33193 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
33194 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
33195 @end defun
33197 @defun sort-intv mask lo hi
33198 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
33199 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
33200 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
33201 @end defun
33203 @defun make-mod n m
33204 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
33205 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
33206 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
33207 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
33208 @end defun
33210 @defun float x
33211 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
33212 converted to numerically equivalent floats; components of complex
33213 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33214 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
33215 or formula, this calls @code{reject-arg}.
33216 @end defun
33218 @defun compare x y
33219 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @mathit{-1} if
33220 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
33221 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
33222 undefined or cannot be determined.
33223 @end defun
33225 @defun numdigs n
33226 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
33227 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
33228 considered to have zero digits.
33229 @end defun
33231 @defun scale-int x n
33232 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @mathit{-@var{n}}
33233 digits with truncation toward zero.
33234 @end defun
33236 @defun scale-rounding x n
33237 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
33238 integer rather than truncating.
33239 @end defun
33241 @defun fixnum n
33242 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
33243 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
33244 24 binary bits) the result is undefined.
33245 @end defun
33247 @defun sqr x
33248 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
33249 @end defun
33251 @defun quotient x y
33252 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
33253 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
33254 direction of rounding is undefined.
33255 @end defun
33257 @defun idiv x y
33258 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
33259 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
33260 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
33261 slower than for @code{quotient}.
33262 @end defun
33264 @defun imod x y
33265 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
33266 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
33267 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
33268 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
33269 @end defun
33271 @defun idivmod x y
33272 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
33273 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
33274 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.
33275 @end defun
33277 @defun pow x y
33278 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
33279 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
33280 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.
33281 @end defun
33283 @defun abs-approx x
33284 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
33285 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
33286 the absolute values of the components.
33287 @end defun
33289 @findex e
33290 @findex gamma-const
33291 @findex ln-2
33292 @findex ln-10
33293 @findex phi
33294 @findex pi-over-2
33295 @findex pi-over-4
33296 @findex pi-over-180
33297 @findex sqrt-two-pi
33298 @findex sqrt-e
33299 @findex two-pi
33300 @defun pi
33301 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
33302 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
33303 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
33304 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, @code{ln-10}, @code{phi} and
33305 @code{gamma-const}.  Each function returns a floating-point value in the
33306 current precision, and each uses caching so that all calls after the
33307 first are essentially free.
33308 @end defun
33310 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
33311 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
33312 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
33313 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
33314 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
33315 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
33316 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
33317 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
33318 with the current precision increased by four, and the result minus its
33319 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
33320 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
33321 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
33322 again to 30 digits for use in the present request.
33323 @end defmac
33325 @findex half-circle
33326 @findex quarter-circle
33327 @defun full-circle symb
33328 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
33329 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
33330 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
33331 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic mode.  There are also similar
33332 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
33333 @end defun
33335 @defun power-of-2 n
33336 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
33337 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
33338 particular @var{n} is expensive.
33339 @end defun
33341 @defun integer-log2 n
33342 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
33343 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
33344 return @code{nil}.
33345 @end defun
33347 @defun div-mod a b m
33348 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
33349 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.
33350 @end defun
33352 @defun pow-mod a b m
33353 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
33354 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
33355 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
33356 @end defun
33358 @defun isqrt n
33359 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
33360 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
33361 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
33362 @end defun
33364 @defun to-hms a ang
33365 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
33366 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
33367 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
33368 is already an HMS form it is returned as-is.
33369 @end defun
33371 @defun from-hms a ang
33372 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
33373 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
33374 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
33375 is returned as-is.
33376 @end defun
33378 @defun to-radians a
33379 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
33380 angular mode.
33381 @end defun
33383 @defun from-radians a
33384 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
33385 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
33386 @end defun
33388 @defun to-radians-2 a
33389 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic mode a degrees to
33390 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
33391 @end defun
33393 @defun from-radians-2 a
33394 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic mode a radians to
33395 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
33396 @end defun
33398 @defun random-digit
33399 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
33400 @end defun
33402 @defun random-digits n
33403 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
33404 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
33405 @end defun
33407 @defun random-float
33408 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
33409 @end defun
33411 @defun prime-test n iters
33412 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
33413 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
33414 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
33415 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
33416 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
33417 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
33418 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
33419 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
33420 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
33421 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
33422 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
33423 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
33424 @code{prime-test} remembers where it left off.
33425 @end defun
33427 @defun to-simple-fraction f
33428 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
33429 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
33430 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
33431 fast.
33432 @end defun
33434 @defun to-fraction f tol
33435 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
33436 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
33437 function @code{frac}, and can be rather slow.
33438 @end defun
33440 @defun quarter-integer n
33441 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
33442 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
33443 @mathit{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
33444 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
33445 returns @code{nil}.
33446 @end defun
33448 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
33449 @subsubsection Vector Functions
33451 @noindent
33452 The functions described here perform various operations on vectors and
33453 matrices.
33455 @defun math-concat x y
33456 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
33457 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
33458 @end defun
33460 @defun vec-length v
33461 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
33462 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
33463 rows in the matrix.
33464 @end defun
33466 @defun mat-dimens m
33467 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
33468 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
33469 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
33470 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
33471 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
33472 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
33473 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
33474 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
33475 elements.
33476 @end defun
33478 @defun dimension-error
33479 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
33480 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
33481 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
33482 @end defun
33484 @defun build-vector args
33485 Return a Calc vector with @var{args} as elements.
33486 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
33487 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
33488 @end defun
33490 @defun make-vec obj dims
33491 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
33492 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
33493 filled with 27's.
33494 @end defun
33496 @defun row-matrix v
33497 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
33498 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
33499 leave it alone.
33500 @end defun
33502 @defun col-matrix v
33503 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
33504 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
33505 already a matrix, leave it alone.
33506 @end defun
33508 @defun map-vec f v
33509 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
33510 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
33511 of vector @var{v}.
33512 @end defun
33514 @defun map-vec-2 f a b
33515 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
33516 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
33517 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
33518 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
33519 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
33520 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
33521 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
33522 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
33523 just where they are in the function position of a Lisp expression.
33524 @end defun
33526 @defun reduce-vec f v
33527 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
33528 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
33529 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
33530 @end defun
33532 @defun reduce-cols f m
33533 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
33534 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
33535 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
33536 @end defun
33538 @defun mat-row m n
33539 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
33540 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
33541 (@xref{Extracting Elements}.)
33542 @end defun
33544 @defun mat-col m n
33545 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
33546 The arguments are not checked for correctness.
33547 @end defun
33549 @defun mat-less-row m n
33550 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
33551 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
33552 @end defun
33554 @defun mat-less-col m n
33555 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
33556 @end defun
33558 @defun transpose m
33559 Return the transpose of matrix @var{m}.
33560 @end defun
33562 @defun flatten-vector v
33563 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
33564 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
33565 @end defun
33567 @defun copy-matrix m
33568 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
33569 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
33570 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
33571 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
33572 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
33573 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.
33574 @end defun
33576 @defun swap-rows m r1 r2
33577 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
33578 other words, unlike most of the other functions described here, this
33579 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
33580 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
33581 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
33582 @var{m}.
33583 @end defun
33585 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
33586 @subsubsection Symbolic Functions
33588 @noindent
33589 The functions described here operate on symbolic formulas in the
33590 Calculator.
33592 @defun calc-prepare-selection num
33593 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
33594 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
33595 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
33596 useful information about the current stack entry into a set of
33597 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
33598 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
33599 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
33600 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
33601 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
33602 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
33603 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
33604 their corresponding sub-formulas.
33606 A slight complication arises in the selection mechanism because
33607 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
33608 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
33609 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
33610 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
33611 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
33612 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
33613 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
33614 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
33615 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
33616 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
33617 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
33618 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
33619 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
33620 @end defun
33622 @defun calc-encase-atoms x
33623 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
33624 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
33625 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
33626 the formula in-place.
33627 @end defun
33629 @defun calc-find-selected-part
33630 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
33631 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
33632 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
33633 formula, this returns @code{nil}.
33634 @end defun
33636 @defun calc-change-current-selection selection
33637 Change the currently prepared stack element's selection to
33638 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
33639 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
33640 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
33641 to reflect the new selection.
33642 @end defun
33644 @defun calc-find-nth-part expr n
33645 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
33646 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
33647 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
33648 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
33649 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
33650 @end defun
33652 @defun calc-find-parent-formula expr part
33653 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
33654 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
33655 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
33656 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
33657 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
33658 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
33659 This function does not take associativity into account.
33660 @end defun
33662 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
33663 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
33664 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
33665 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
33666 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
33667 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
33668 return the whole expression.
33669 @end defun
33671 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
33672 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
33673 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
33674 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
33675 has been used, this simply returns @var{part}.
33676 @end defun
33678 @defun calc-find-sub-formula expr part
33679 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
33680 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
33681 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
33682 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
33683 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
33684 function does not take associativity into account.
33685 @end defun
33687 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
33688 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
33689 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
33690 @end defun
33692 @defun simplify expr
33693 Simplify the expression @var{expr} by applying various algebraic rules.
33694 This is what the @w{@kbd{a s}} (@code{calc-simplify}) command uses.  This
33695 always returns a copy of the expression; the structure @var{expr} points
33696 to remains unchanged in memory.
33698 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
33699 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
33700 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
33701 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
33702 each level, any simplifications that can be made are made until no
33703 further changes are possible.  Once the entire formula has been
33704 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
33705 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
33706 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
33707 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
33708 needed:@: one to simplify the formula, and another to verify that no
33709 further simplifications were possible.
33710 @end defun
33712 @defun simplify-extended expr
33713 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
33714 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
33715 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
33716 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
33717 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
33718 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
33719 Dangerous simplification rules are written to check this variable
33720 before taking any action.
33721 @end defun
33723 @defun simplify-units expr
33724 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
33725 whenever possible.  This works by binding the variable
33726 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
33727 @end defun
33729 @defmac math-defsimplify funcs body
33730 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
33731 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
33732 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
33733 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
33734 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
33735 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
33736 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
33737 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
33738 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
33739 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
33740 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
33741 If the function body returns something different, that new formula is
33742 substituted for @var{expr} in the original formula.
33744 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
33745 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
33746 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
33747 function will not have a chance to trigger until the next iteration
33748 of the main @code{simplify} loop.
33750 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
33751 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
33752 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
33753 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
33755 The arguments of a function call will already have been simplified
33756 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
33757 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
33758 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
33759 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
33761 @smallexample
33762 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
33763   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
33764            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
33765                            (math-neg (nth 1 expr)))))
33766       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
33767            (or math-living-dangerously
33768                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
33769            (nth 1 (nth 1 expr)))))
33770 @end smallexample
33772 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
33773 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
33774 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
33775 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.
33776 @end defmac
33778 @defun common-constant-factor expr
33779 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
33780 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
33781 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
33782 3 is a common factor of all the terms.
33783 @end defun
33785 @defun cancel-common-factor expr factor
33786 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
33787 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
33788 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
33789 it is being used by a simplification rule (where such things are
33790 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
33791 square roots:
33793 @smallexample
33794 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
33795   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
33796     (and fac (not (eq fac 1))
33797          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
33798                    (math-normalize
33799                     (list 'calcFunc-sqrt
33800                           (math-cancel-common-factor
33801                            (nth 1 expr) fac)))))))
33802 @end smallexample
33803 @end defun
33805 @defun frac-gcd a b
33806 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
33807 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
33808 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
33809 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
33810 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.
33811 @end defun
33813 @defun map-tree func expr many
33814 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
33815 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
33816 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
33817 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
33818 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
33819 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
33820 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
33821 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
33822 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
33823 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
33824 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
33825 default, as described above, is infinitely many times.
33826 @end defun
33828 @defun compile-rewrites rules
33829 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
33830 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
33831 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
33832 for that same variable can return immediately.  If there are problems
33833 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
33834 message.
33835 @end defun
33837 @defun apply-rewrites expr crules heads
33838 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
33839 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
33840 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
33841 matched, or if the only rules that matched did not actually change
33842 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
33843 it should be a list of all function names that (may) appear in
33844 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
33845 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
33846 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
33847 down to just a few rules in the rule set.
33848 @end defun
33850 @defun rewrite-heads expr
33851 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
33852 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
33853 @end defun
33855 @defun rewrite expr rules many
33856 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
33857 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
33858 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
33859 times.
33860 @end defun
33862 @defun match-patterns pat vec not-flag
33863 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
33864 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
33865 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
33866 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
33867 @end defun
33869 @defun deriv expr var value symb
33870 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
33871 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
33872 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
33873 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
33874 functions for which no derivative formula is known, new derivative
33875 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
33876 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of undifferentiable
33877 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
33878 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
33880 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
33881 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
33882 of the symbol for the function's derivative, which will be the
33883 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
33884 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
33885 original function call that is being differentiated.  It should return
33886 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
33887 is defined by
33889 @smallexample
33890 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
33891      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
33892 @end smallexample
33894 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
33895 @smallexample
33896 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
33897      (function (lambda (x b) ... )))
33898 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
33899      (function (lambda (x b) ... )))
33900 @end smallexample
33901 @end defun
33903 @defun tderiv expr var value symb
33904 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
33905 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
33906 assumed to be constant with respect to @var{var}.
33907 @end defun
33909 @defun integ expr var low high
33910 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
33911 @xref{Calculus}, for further details.
33912 @end defun
33914 @defmac math-defintegral funcs body
33915 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
33916 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
33917 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
33918 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
33919 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
33920 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
33921 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
33922 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
33923 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
33924 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
33926 @smallexample
33927 (math-defintegral calcFunc-conj
33928   (let ((int (math-integral u)))
33929     (and int
33930          (list 'calcFunc-conj int))))
33932 (math-defintegral calcFunc-cos
33933   (and (equal u math-integ-var)
33934        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
33935 @end smallexample
33937 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
33938 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
33939 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
33940 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
33941 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
33942 result.
33943 @end defmac
33945 @defmac math-defintegral-2 funcs body
33946 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
33947 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
33948 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
33949 @var{v}.
33950 @end defmac
33952 @defun solve-for lhs rhs var full
33953 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
33954 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
33955 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
33956 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
33957 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
33958 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
33959 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
33960 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
33961 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
33962 as properties in a manner similar to derivatives:
33964 @smallexample
33965 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
33966      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
33967 @end smallexample
33969 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
33970 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
33971 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
33972 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
33973 if the caller requested a non-``full'' solution.
33974 @end defun
33976 @defun solve-eqn expr var full
33977 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
33978 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
33979 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
33980 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
33981 @end defun
33983 @defun solve-system exprs vars full
33984 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
33985 and @var{vars} will be vectors of equal length.
33986 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
33987 @end defun
33989 @defun expr-contains expr var
33990 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
33991 of @var{expr}.
33993 This function might seem at first to be identical to
33994 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
33995 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
33996 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
33997 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
33998 @code{eq} to each other.
33999 @end defun
34001 @defun expr-contains-count expr var
34002 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
34003 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.
34004 @end defun
34006 @defun expr-depends expr var
34007 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
34008 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
34009 in common.
34010 @end defun
34012 @defun expr-contains-vars expr
34013 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
34014 contains only constants and functions with constant arguments.
34015 @end defun
34017 @defun expr-subst expr old new
34018 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
34019 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
34020 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
34021 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.
34022 @end defun
34024 @defun multi-subst expr old new
34025 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
34026 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
34027 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
34028 are ignored.
34029 @end defun
34031 @defun expr-weight expr
34032 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
34033 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
34034 ``primitive'' objects, this will be one.
34035 @end defun
34037 @defun expr-height expr
34038 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
34039 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
34040 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.
34041 @end defun
34043 @defun polynomial-p expr var
34044 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
34045 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
34046 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
34047 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
34048 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
34049 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
34050 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
34051 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
34052 a polynomial of degree 0.
34053 @end defun
34055 @defun is-polynomial expr var degree loose
34056 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
34057 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
34058 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
34059 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
34060 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
34061 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
34062 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
34063 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
34064 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
34065 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
34066 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
34067 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
34068 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
34069 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
34070 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
34071 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
34072 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
34073 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
34074 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.
34075 @end defun
34077 @defun polynomial-base expr pred
34078 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
34079 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
34080 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
34081 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
34082 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
34083 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
34084 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
34085 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
34086 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
34087 is found.
34088 @end defun
34090 @defun poly-simplify poly
34091 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
34092 clipping off trailing zeros.
34093 @end defun
34095 @defun poly-mix a ac b bc
34096 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
34097 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
34098 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
34099 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.
34100 @end defun
34102 @defun poly-mul a b
34103 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
34104 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
34105 @end defun
34107 @defun build-polynomial-expr poly var
34108 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
34109 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
34110 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
34111 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
34112 to turn the list back into an expression in regular form.
34113 @end defun
34115 @defun check-unit-name var
34116 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
34117 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
34118 will be a list whose first element is the unit name (not counting
34119 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
34120 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
34121 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
34122 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
34123 @end defun
34125 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
34126 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
34127 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
34128 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
34129 checks whether @var{expr} is directly a units expression.
34130 @end defun
34132 @defun single-units-in-expr-p expr
34133 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
34134 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
34135 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
34136 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
34137 @end defun
34139 @defun to-standard-units expr which
34140 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
34141 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
34142 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
34143 where the first element is a Calc base symbol name and the second
34144 is an expression to substitute for it.
34145 @end defun
34147 @defun remove-units expr
34148 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
34149 This expression is generally normalized before use.
34150 @end defun
34152 @defun extract-units expr
34153 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
34154 by ones.
34155 @end defun
34157 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
34158 @subsubsection I/O and Formatting Functions
34160 @noindent
34161 The functions described here are responsible for parsing and formatting
34162 Calc numbers and formulas.
34164 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
34165 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
34166 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
34167 @end defun
34169 @defun read-number str
34170 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
34171 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
34172 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
34173 @end defun
34175 @defun read-expr str
34176 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
34177 not have the form of a valid expression, return a list of the form
34178 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
34179 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
34180 a string describing the problem.
34181 @end defun
34183 @defun read-exprs str
34184 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
34185 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
34186 shown above is returned instead.
34187 @end defun
34189 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
34190 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
34191 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
34192 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
34193 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
34194 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
34195 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
34196 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
34197 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
34198 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
34199 @code{calc-normalize} first.
34201 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
34202 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
34203 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
34204 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
34205 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
34206 that actually appeared in the input.
34207 @end defun
34209 @defun format-number a
34210 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
34211 @end defun
34213 @defun format-flat-expr a prec
34214 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
34215 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
34216 This is a simple format designed
34217 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
34218 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
34219 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
34220 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
34221 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
34222 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.
34223 @end defun
34225 @defun format-nice-expr a width
34226 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
34227 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
34228 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
34229 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
34230 command uses this when only one stack entry is being edited.
34231 @end defun
34233 @defun format-value a width
34234 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
34235 format seen in the stack buffer.  Beware the string returned may
34236 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
34237 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
34238 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
34239 parameter, if given, is the target window size for which to format
34240 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
34241 window is used.
34242 @end defun
34244 @defun compose-expr a prec
34245 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
34246 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
34247 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
34248 You can specify the format of a given type of function call by putting
34249 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
34250 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
34251 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
34252 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
34253 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
34254 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
34255 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
34256 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
34257 normal function-call notation for that language.
34258 @end defun
34260 @defun composition-to-string c w
34261 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
34262 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
34263 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
34264 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
34265 followed by @code{composition-to-string}.
34266 @end defun
34268 @defun comp-width c
34269 Compute the width in characters of composition @var{c}.
34270 @end defun
34272 @defun comp-height c
34273 Compute the height in lines of composition @var{c}.
34274 @end defun
34276 @defun comp-ascent c
34277 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
34278 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
34279 @end defun
34281 @defun comp-descent c
34282 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
34283 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
34284 @end defun
34286 @defun comp-first-char c
34287 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
34288 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
34289 return @code{nil}.
34290 @end defun
34292 @defun comp-last-char c
34293 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
34294 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
34295 @end defun
34297 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
34298 @comment @subsubsection Lisp Variables
34299 @comment
34300 @comment @noindent
34301 @comment (This section is currently unfinished.)
34303 @node Hooks,  , Formatting Lisp Functions, Internals
34304 @subsubsection Hooks
34306 @noindent
34307 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
34308 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
34309 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
34310 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
34311 other customization-related variables are also described here.
34313 @defvar calc-load-hook
34314 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
34315 been loaded, before any functions in it have been called, but after
34316 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
34317 @end defvar
34319 @defvar calc-ext-load-hook
34320 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
34321 @end defvar
34323 @defvar calc-start-hook
34324 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
34325 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
34326 necessary, the Calc window and trail window have been created,
34327 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
34328 @end defvar
34330 @defvar calc-mode-hook
34331 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
34332 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
34333 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
34334 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
34335 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
34336 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
34337 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
34338 been evaluated yet.
34339 @end defvar
34341 @defvar calc-trail-mode-hook
34342 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
34343 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
34344 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
34345 per Emacs session.
34346 @end defvar
34348 @defvar calc-end-hook
34349 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
34350 presses @kbd{q} or @kbd{C-x * c} while in Calc.  The Calc buffer will
34351 be the current buffer.  The hook is called as the very first
34352 step, before the Calc window is destroyed.
34353 @end defvar
34355 @defvar calc-window-hook
34356 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc window.
34357 Upon return, this new Calc window should be the current window.
34358 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
34359 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
34360 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
34361 and @code{select-window} to create the Calc window.
34362 @end defvar
34364 @defvar calc-trail-window-hook
34365 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc Trail
34366 window.  The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
34367 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook}, this hook
34368 must @emph{not} switch into the new window.
34369 @end defvar
34371 @defvar calc-embedded-mode-hook
34372 This hook is called the first time that Embedded mode is entered.
34373 @end defvar
34375 @defvar calc-embedded-new-buffer-hook
34376 This hook is called each time that Embedded mode is entered in a
34377 new buffer.
34378 @end defvar
34380 @defvar calc-embedded-new-formula-hook
34381 This hook is called each time that Embedded mode is enabled for a
34382 new formula.
34383 @end defvar
34385 @defvar calc-edit-mode-hook
34386 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
34387 commands) when the temporary editing buffer is being created.
34388 The buffer will have been selected and set up to be in
34389 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
34390 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
34391 @code{calc-edit} command.)
34392 @end defvar
34394 @defvar calc-mode-save-hook
34395 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
34396 after Calc's own mode features have been inserted into the
34397 Calc init file and just before the ``End of mode settings''
34398 message is inserted.
34399 @end defvar
34401 @defvar calc-reset-hook
34402 This hook is called after @kbd{C-x * 0} (@code{calc-reset}) has
34403 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
34404 @end defvar
34406 @defvar calc-other-modes
34407 This variable contains a list of strings.  The strings are
34408 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
34409 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
34410 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
34411 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
34412 @end defvar
34414 @defvar calc-mode-map
34415 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
34416 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
34417 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
34418 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
34419 which is a command that loads the extensions package and
34420 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
34421 one of these keys, it will probably be overridden when the
34422 extensions are loaded.
34423 @end defvar
34425 @defvar calc-digit-map
34426 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
34427 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
34428 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
34429 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
34430 @end defvar
34432 @defvar calc-alg-ent-map
34433 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
34434 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
34435 @end defvar
34437 @defvar calc-store-var-map
34438 This is the keymap that is used during entry of variable names for
34439 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
34440 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
34441 @end defvar
34443 @defvar calc-edit-mode-map
34444 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
34445 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
34446 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
34447 @end defvar
34449 @defvar calc-mode-var-list
34450 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
34451 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
34452 and its default value.  When modes are being saved, each variable
34453 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
34454 non-default variables are written out.
34455 @end defvar
34457 @defvar calc-local-var-list
34458 This is a list of variables which should be buffer-local to the
34459 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
34460 These variables also have their default values manipulated by
34461 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
34462 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
34463 used the first time, your hook should add a variable to the
34464 list and also call @code{make-local-variable} itself.
34465 @end defvar
34467 @node Copying, GNU Free Documentation License, Programming, Top
34468 @appendix GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
34469 @center Version 2, June 1991
34471 @c This file is intended to be included in another file.
34473 @display
34474 Copyright @copyright{} 1989, 1991 Free Software Foundation, Inc.
34475 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA
34477 Everyone is permitted to copy and distribute verbatim copies
34478 of this license document, but changing it is not allowed.
34479 @end display
34481 @unnumberedsec Preamble
34483   The licenses for most software are designed to take away your
34484 freedom to share and change it.  By contrast, the GNU General Public
34485 License is intended to guarantee your freedom to share and change free
34486 software---to make sure the software is free for all its users.  This
34487 General Public License applies to most of the Free Software
34488 Foundation's software and to any other program whose authors commit to
34489 using it.  (Some other Free Software Foundation software is covered by
34490 the GNU Lesser General Public License instead.)  You can apply it to
34491 your programs, too.
34493   When we speak of free software, we are referring to freedom, not
34494 price.  Our General Public Licenses are designed to make sure that you
34495 have the freedom to distribute copies of free software (and charge for
34496 this service if you wish), that you receive source code or can get it
34497 if you want it, that you can change the software or use pieces of it
34498 in new free programs; and that you know you can do these things.
34500   To protect your rights, we need to make restrictions that forbid
34501 anyone to deny you these rights or to ask you to surrender the rights.
34502 These restrictions translate to certain responsibilities for you if you
34503 distribute copies of the software, or if you modify it.
34505   For example, if you distribute copies of such a program, whether
34506 gratis or for a fee, you must give the recipients all the rights that
34507 you have.  You must make sure that they, too, receive or can get the
34508 source code.  And you must show them these terms so they know their
34509 rights.
34511   We protect your rights with two steps: (1) copyright the software, and
34512 (2) offer you this license which gives you legal permission to copy,
34513 distribute and/or modify the software.
34515   Also, for each author's protection and ours, we want to make certain
34516 that everyone understands that there is no warranty for this free
34517 software.  If the software is modified by someone else and passed on, we
34518 want its recipients to know that what they have is not the original, so
34519 that any problems introduced by others will not reflect on the original
34520 authors' reputations.
34522   Finally, any free program is threatened constantly by software
34523 patents.  We wish to avoid the danger that redistributors of a free
34524 program will individually obtain patent licenses, in effect making the
34525 program proprietary.  To prevent this, we have made it clear that any
34526 patent must be licensed for everyone's free use or not licensed at all.
34528   The precise terms and conditions for copying, distribution and
34529 modification follow.
34531 @iftex
34532 @unnumberedsec TERMS AND CONDITIONS FOR COPYING, DISTRIBUTION AND MODIFICATION
34533 @end iftex
34534 @ifnottex
34535 @center TERMS AND CONDITIONS FOR COPYING, DISTRIBUTION AND MODIFICATION
34536 @end ifnottex
34538 @enumerate 0
34539 @item
34540 This License applies to any program or other work which contains
34541 a notice placed by the copyright holder saying it may be distributed
34542 under the terms of this General Public License.  The ``Program'', below,
34543 refers to any such program or work, and a ``work based on the Program''
34544 means either the Program or any derivative work under copyright law:
34545 that is to say, a work containing the Program or a portion of it,
34546 either verbatim or with modifications and/or translated into another
34547 language.  (Hereinafter, translation is included without limitation in
34548 the term ``modification''.)  Each licensee is addressed as ``you''.
34550 Activities other than copying, distribution and modification are not
34551 covered by this License; they are outside its scope.  The act of
34552 running the Program is not restricted, and the output from the Program
34553 is covered only if its contents constitute a work based on the
34554 Program (independent of having been made by running the Program).
34555 Whether that is true depends on what the Program does.
34557 @item
34558 You may copy and distribute verbatim copies of the Program's
34559 source code as you receive it, in any medium, provided that you
34560 conspicuously and appropriately publish on each copy an appropriate
34561 copyright notice and disclaimer of warranty; keep intact all the
34562 notices that refer to this License and to the absence of any warranty;
34563 and give any other recipients of the Program a copy of this License
34564 along with the Program.
34566 You may charge a fee for the physical act of transferring a copy, and
34567 you may at your option offer warranty protection in exchange for a fee.
34569 @item
34570 You may modify your copy or copies of the Program or any portion
34571 of it, thus forming a work based on the Program, and copy and
34572 distribute such modifications or work under the terms of Section 1
34573 above, provided that you also meet all of these conditions:
34575 @enumerate a
34576 @item
34577 You must cause the modified files to carry prominent notices
34578 stating that you changed the files and the date of any change.
34580 @item
34581 You must cause any work that you distribute or publish, that in
34582 whole or in part contains or is derived from the Program or any
34583 part thereof, to be licensed as a whole at no charge to all third
34584 parties under the terms of this License.
34586 @item
34587 If the modified program normally reads commands interactively
34588 when run, you must cause it, when started running for such
34589 interactive use in the most ordinary way, to print or display an
34590 announcement including an appropriate copyright notice and a
34591 notice that there is no warranty (or else, saying that you provide
34592 a warranty) and that users may redistribute the program under
34593 these conditions, and telling the user how to view a copy of this
34594 License.  (Exception: if the Program itself is interactive but
34595 does not normally print such an announcement, your work based on
34596 the Program is not required to print an announcement.)
34597 @end enumerate
34599 These requirements apply to the modified work as a whole.  If
34600 identifiable sections of that work are not derived from the Program,
34601 and can be reasonably considered independent and separate works in
34602 themselves, then this License, and its terms, do not apply to those
34603 sections when you distribute them as separate works.  But when you
34604 distribute the same sections as part of a whole which is a work based
34605 on the Program, the distribution of the whole must be on the terms of
34606 this License, whose permissions for other licensees extend to the
34607 entire whole, and thus to each and every part regardless of who wrote it.
34609 Thus, it is not the intent of this section to claim rights or contest
34610 your rights to work written entirely by you; rather, the intent is to
34611 exercise the right to control the distribution of derivative or
34612 collective works based on the Program.
34614 In addition, mere aggregation of another work not based on the Program
34615 with the Program (or with a work based on the Program) on a volume of
34616 a storage or distribution medium does not bring the other work under
34617 the scope of this License.
34619 @item
34620 You may copy and distribute the Program (or a work based on it,
34621 under Section 2) in object code or executable form under the terms of
34622 Sections 1 and 2 above provided that you also do one of the following:
34624 @enumerate a
34625 @item
34626 Accompany it with the complete corresponding machine-readable
34627 source code, which must be distributed under the terms of Sections
34628 1 and 2 above on a medium customarily used for software interchange; or,
34630 @item
34631 Accompany it with a written offer, valid for at least three
34632 years, to give any third party, for a charge no more than your
34633 cost of physically performing source distribution, a complete
34634 machine-readable copy of the corresponding source code, to be
34635 distributed under the terms of Sections 1 and 2 above on a medium
34636 customarily used for software interchange; or,
34638 @item
34639 Accompany it with the information you received as to the offer
34640 to distribute corresponding source code.  (This alternative is
34641 allowed only for noncommercial distribution and only if you
34642 received the program in object code or executable form with such
34643 an offer, in accord with Subsection b above.)
34644 @end enumerate
34646 The source code for a work means the preferred form of the work for
34647 making modifications to it.  For an executable work, complete source
34648 code means all the source code for all modules it contains, plus any
34649 associated interface definition files, plus the scripts used to
34650 control compilation and installation of the executable.  However, as a
34651 special exception, the source code distributed need not include
34652 anything that is normally distributed (in either source or binary
34653 form) with the major components (compiler, kernel, and so on) of the
34654 operating system on which the executable runs, unless that component
34655 itself accompanies the executable.
34657 If distribution of executable or object code is made by offering
34658 access to copy from a designated place, then offering equivalent
34659 access to copy the source code from the same place counts as
34660 distribution of the source code, even though third parties are not
34661 compelled to copy the source along with the object code.
34663 @item
34664 You may not copy, modify, sublicense, or distribute the Program
34665 except as expressly provided under this License.  Any attempt
34666 otherwise to copy, modify, sublicense or distribute the Program is
34667 void, and will automatically terminate your rights under this License.
34668 However, parties who have received copies, or rights, from you under
34669 this License will not have their licenses terminated so long as such
34670 parties remain in full compliance.
34672 @item
34673 You are not required to accept this License, since you have not
34674 signed it.  However, nothing else grants you permission to modify or
34675 distribute the Program or its derivative works.  These actions are
34676 prohibited by law if you do not accept this License.  Therefore, by
34677 modifying or distributing the Program (or any work based on the
34678 Program), you indicate your acceptance of this License to do so, and
34679 all its terms and conditions for copying, distributing or modifying
34680 the Program or works based on it.
34682 @item
34683 Each time you redistribute the Program (or any work based on the
34684 Program), the recipient automatically receives a license from the
34685 original licensor to copy, distribute or modify the Program subject to
34686 these terms and conditions.  You may not impose any further
34687 restrictions on the recipients' exercise of the rights granted herein.
34688 You are not responsible for enforcing compliance by third parties to
34689 this License.
34691 @item
34692 If, as a consequence of a court judgment or allegation of patent
34693 infringement or for any other reason (not limited to patent issues),
34694 conditions are imposed on you (whether by court order, agreement or
34695 otherwise) that contradict the conditions of this License, they do not
34696 excuse you from the conditions of this License.  If you cannot
34697 distribute so as to satisfy simultaneously your obligations under this
34698 License and any other pertinent obligations, then as a consequence you
34699 may not distribute the Program at all.  For example, if a patent
34700 license would not permit royalty-free redistribution of the Program by
34701 all those who receive copies directly or indirectly through you, then
34702 the only way you could satisfy both it and this License would be to
34703 refrain entirely from distribution of the Program.
34705 If any portion of this section is held invalid or unenforceable under
34706 any particular circumstance, the balance of the section is intended to
34707 apply and the section as a whole is intended to apply in other
34708 circumstances.
34710 It is not the purpose of this section to induce you to infringe any
34711 patents or other property right claims or to contest validity of any
34712 such claims; this section has the sole purpose of protecting the
34713 integrity of the free software distribution system, which is
34714 implemented by public license practices.  Many people have made
34715 generous contributions to the wide range of software distributed
34716 through that system in reliance on consistent application of that
34717 system; it is up to the author/donor to decide if he or she is willing
34718 to distribute software through any other system and a licensee cannot
34719 impose that choice.
34721 This section is intended to make thoroughly clear what is believed to
34722 be a consequence of the rest of this License.
34724 @item
34725 If the distribution and/or use of the Program is restricted in
34726 certain countries either by patents or by copyrighted interfaces, the
34727 original copyright holder who places the Program under this License
34728 may add an explicit geographical distribution limitation excluding
34729 those countries, so that distribution is permitted only in or among
34730 countries not thus excluded.  In such case, this License incorporates
34731 the limitation as if written in the body of this License.
34733 @item
34734 The Free Software Foundation may publish revised and/or new versions
34735 of the General Public License from time to time.  Such new versions will
34736 be similar in spirit to the present version, but may differ in detail to
34737 address new problems or concerns.
34739 Each version is given a distinguishing version number.  If the Program
34740 specifies a version number of this License which applies to it and ``any
34741 later version'', you have the option of following the terms and conditions
34742 either of that version or of any later version published by the Free
34743 Software Foundation.  If the Program does not specify a version number of
34744 this License, you may choose any version ever published by the Free Software
34745 Foundation.
34747 @item
34748 If you wish to incorporate parts of the Program into other free
34749 programs whose distribution conditions are different, write to the author
34750 to ask for permission.  For software which is copyrighted by the Free
34751 Software Foundation, write to the Free Software Foundation; we sometimes
34752 make exceptions for this.  Our decision will be guided by the two goals
34753 of preserving the free status of all derivatives of our free software and
34754 of promoting the sharing and reuse of software generally.
34756 @iftex
34757 @heading NO WARRANTY
34758 @end iftex
34759 @ifnottex
34760 @center NO WARRANTY
34761 @end ifnottex
34763 @item
34764 BECAUSE THE PROGRAM IS LICENSED FREE OF CHARGE, THERE IS NO WARRANTY
34765 FOR THE PROGRAM, TO THE EXTENT PERMITTED BY APPLICABLE LAW.  EXCEPT WHEN
34766 OTHERWISE STATED IN WRITING THE COPYRIGHT HOLDERS AND/OR OTHER PARTIES
34767 PROVIDE THE PROGRAM ``AS IS'' WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EITHER EXPRESSED
34768 OR IMPLIED, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
34769 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  THE ENTIRE RISK AS
34770 TO THE QUALITY AND PERFORMANCE OF THE PROGRAM IS WITH YOU.  SHOULD THE
34771 PROGRAM PROVE DEFECTIVE, YOU ASSUME THE COST OF ALL NECESSARY SERVICING,
34772 REPAIR OR CORRECTION.
34774 @item
34775 IN NO EVENT UNLESS REQUIRED BY APPLICABLE LAW OR AGREED TO IN WRITING
34776 WILL ANY COPYRIGHT HOLDER, OR ANY OTHER PARTY WHO MAY MODIFY AND/OR
34777 REDISTRIBUTE THE PROGRAM AS PERMITTED ABOVE, BE LIABLE TO YOU FOR DAMAGES,
34778 INCLUDING ANY GENERAL, SPECIAL, INCIDENTAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES ARISING
34779 OUT OF THE USE OR INABILITY TO USE THE PROGRAM (INCLUDING BUT NOT LIMITED
34780 TO LOSS OF DATA OR DATA BEING RENDERED INACCURATE OR LOSSES SUSTAINED BY
34781 YOU OR THIRD PARTIES OR A FAILURE OF THE PROGRAM TO OPERATE WITH ANY OTHER
34782 PROGRAMS), EVEN IF SUCH HOLDER OR OTHER PARTY HAS BEEN ADVISED OF THE
34783 POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES.
34784 @end enumerate
34786 @iftex
34787 @heading END OF TERMS AND CONDITIONS
34788 @end iftex
34789 @ifnottex
34790 @center END OF TERMS AND CONDITIONS
34791 @end ifnottex
34793 @page
34794 @unnumberedsec Appendix: How to Apply These Terms to Your New Programs
34796   If you develop a new program, and you want it to be of the greatest
34797 possible use to the public, the best way to achieve this is to make it
34798 free software which everyone can redistribute and change under these terms.
34800   To do so, attach the following notices to the program.  It is safest
34801 to attach them to the start of each source file to most effectively
34802 convey the exclusion of warranty; and each file should have at least
34803 the ``copyright'' line and a pointer to where the full notice is found.
34805 @smallexample
34806 @var{one line to give the program's name and a brief idea of what it does.}
34807 Copyright (C) @var{yyyy}  @var{name of author}
34809 This program is free software; you can redistribute it and/or modify
34810 it under the terms of the GNU General Public License as published by
34811 the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
34812 (at your option) any later version.
34814 This program is distributed in the hope that it will be useful,
34815 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
34816 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
34817 GNU General Public License for more details.
34819 You should have received a copy of the GNU General Public License
34820 along with this program; if not, write to the Free Software
34821 Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
34822 @end smallexample
34824 Also add information on how to contact you by electronic and paper mail.
34826 If the program is interactive, make it output a short notice like this
34827 when it starts in an interactive mode:
34829 @smallexample
34830 Gnomovision version 69, Copyright (C) @var{yyyy} @var{name of author}
34831 Gnomovision comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY; for details type `show w'.
34832 This is free software, and you are welcome to redistribute it
34833 under certain conditions; type `show c' for details.
34834 @end smallexample
34836 The hypothetical commands @samp{show w} and @samp{show c} should show
34837 the appropriate parts of the General Public License.  Of course, the
34838 commands you use may be called something other than @samp{show w} and
34839 @samp{show c}; they could even be mouse-clicks or menu items---whatever
34840 suits your program.
34842 You should also get your employer (if you work as a programmer) or your
34843 school, if any, to sign a ``copyright disclaimer'' for the program, if
34844 necessary.  Here is a sample; alter the names:
34846 @example
34847 Yoyodyne, Inc., hereby disclaims all copyright interest in the program
34848 `Gnomovision' (which makes passes at compilers) written by James Hacker.
34850 @var{signature of Ty Coon}, 1 April 1989
34851 Ty Coon, President of Vice
34852 @end example
34854 This General Public License does not permit incorporating your program into
34855 proprietary programs.  If your program is a subroutine library, you may
34856 consider it more useful to permit linking proprietary applications with the
34857 library.  If this is what you want to do, use the GNU Lesser General
34858 Public License instead of this License.
34860 @node GNU Free Documentation License, Customizing Calc, Copying, Top
34861 @appendix GNU Free Documentation License
34862 @include doclicense.texi
34864 @node Customizing Calc, Reporting Bugs, GNU Free Documentation License, Top
34865 @appendix Customizing Calc
34867 The usual prefix for Calc is the key sequence @kbd{C-x *}.  If you wish
34868 to use a different prefix, you can put
34870 @example
34871 (global-set-key "NEWPREFIX" 'calc-dispatch)
34872 @end example
34874 @noindent
34875 in your .emacs file.  
34876 (@xref{Key Bindings,,Customizing Key Bindings,emacs,
34877 The GNU Emacs Manual}, for more information on binding keys.)
34878 A convenient way to start Calc is with @kbd{C-x * *}; to make it equally
34879 convenient for users who use a different prefix, the prefix can be
34880 followed by  @kbd{=}, @kbd{&}, @kbd{#}, @kbd{\}, @kbd{/}, @kbd{+} or
34881 @kbd{-} as well as @kbd{*} to start Calc, and so in many cases the last
34882 character of the prefix can simply be typed twice.
34884 Calc is controlled by many variables, most of which can be reset
34885 from within Calc.  Some variables are less involved with actual
34886 calculation, and can be set outside of Calc using Emacs's
34887 customization facilities.  These variables are listed below.
34888 Typing @kbd{M-x customize-variable RET @var{variable-name} RET}
34889 will bring up a buffer in which the variable's value can be redefined.
34890 Typing @kbd{M-x customize-group RET calc RET} will bring up a buffer which
34891 contains all of Calc's customizable variables.  (These variables can
34892 also be reset by putting the appropriate lines in your .emacs file;
34893 @xref{Init File, ,Init File, emacs, The GNU Emacs Manual}.)
34895 Some of the customizable variables are regular expressions.  A regular
34896 expression is basically a pattern that Calc can search for.
34897 See @ref{Regexp Search,, Regular Expression Search, emacs, The GNU Emacs Manual}
34898 to see how regular expressions work.
34900 @defvar calc-settings-file
34901 The variable @code{calc-settings-file} holds the file name in
34902 which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P} store ``permanent''
34903 definitions.  
34904 If @code{calc-settings-file} is not your user init file (typically
34905 @file{~/.emacs}) and if the variable @code{calc-loaded-settings-file} is
34906 @code{nil}, then Calc will automatically load your settings file (if it
34907 exists) the first time Calc is invoked.
34909 The default value for this variable is @code{"~/.calc.el"}.
34910 @end defvar
34912 @defvar calc-gnuplot-name
34913 See @ref{Graphics}.@*
34914 The variable @code{calc-gnuplot-name} should be the name of the
34915 GNUPLOT program (a string).  If you have GNUPLOT installed on your
34916 system but Calc is unable to find it, you may need to set this
34917 variable.  You may also need to set some Lisp variables to show Calc how
34918 to run GNUPLOT on your system, see @ref{Devices, ,Graphical Devices} .
34919 The default value of @code{calc-gnuplot-name} is @code{"gnuplot"}.
34920 @end defvar
34922 @defvar  calc-gnuplot-plot-command
34923 @defvarx calc-gnuplot-print-command
34924 See @ref{Devices, ,Graphical Devices}.@*
34925 The variables @code{calc-gnuplot-plot-command} and
34926 @code{calc-gnuplot-print-command} represent system commands to
34927 display and print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
34928 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
34929 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
34930 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
34931 to display or print the output.
34933 The default value of @code{calc-gnuplot-plot-command} is @code{nil},
34934 and the default value of @code{calc-gnuplot-print-command} is
34935 @code{"lp %s"}.
34936 @end defvar
34938 @defvar calc-language-alist
34939 See @ref{Basic Embedded Mode}.@*
34940 The variable @code{calc-language-alist} controls the languages that
34941 Calc will associate with major modes.  When Calc embedded mode is
34942 enabled, it will try to use the current major mode to
34943 determine what language should be used.  (This can be overridden using
34944 Calc's mode changing commands, @xref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
34945 The variable @code{calc-language-alist} consists of a list of pairs of
34946 the form  @code{(@var{MAJOR-MODE} . @var{LANGUAGE})}; for example, 
34947 @code{(latex-mode . latex)} is one such pair.  If Calc embedded is
34948 activated in a buffer whose major mode is @var{MAJOR-MODE}, it will set itself
34949 to use the language @var{LANGUAGE}.
34951 The default value of @code{calc-language-alist} is
34952 @example
34953    ((latex-mode . latex)
34954     (tex-mode   . tex)
34955     (plain-tex-mode . tex)
34956     (context-mode . tex)
34957     (nroff-mode . eqn)
34958     (pascal-mode . pascal)
34959     (c-mode . c)
34960     (c++-mode . c)
34961     (fortran-mode . fortran)
34962     (f90-mode . fortran))
34963 @end example
34964 @end defvar
34966 @defvar calc-embedded-announce-formula
34967 @defvarx calc-embedded-announce-formula-alist
34968 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34969 The variable @code{calc-embedded-announce-formula} helps determine
34970 what formulas @kbd{C-x * a} will activate in a buffer.  It is a
34971 regular expression, and when activating embedded formulas with
34972 @kbd{C-x * a}, it will tell Calc that what follows is a formula to be
34973 activated.  (Calc also uses other patterns to find formulas, such as
34974 @samp{=>} and @samp{:=}.)  
34976 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which checks
34977 for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning with
34978 @samp{%} and a space.
34980 The variable @code{calc-embedded-announce-formula-alist} is used to
34981 set @code{calc-embedded-announce-formula} to different regular
34982 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
34983 It consists of a list of pairs of the form @code{(@var{MAJOR-MODE} .
34984 @var{REGEXP})}, and its default value is
34985 @example
34986    ((c++-mode     . "//Embed\n\\(// .*\n\\)*")
34987     (c-mode       . "/\\*Embed\\*/\n\\(/\\* .*\\*/\n\\)*")
34988     (f90-mode     . "!Embed\n\\(! .*\n\\)*")
34989     (fortran-mode . "C Embed\n\\(C .*\n\\)*")
34990     (html-helper-mode . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34991     (html-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34992     (nroff-mode   . "\\\\\"Embed\n\\(\\\\\" .*\n\\)*")
34993     (pascal-mode  . "@{Embed@}\n\\(@{.*@}\n\\)*")
34994     (sgml-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34995     (xml-mode     . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34996     (texinfo-mode . "@@c Embed\n\\(@@c .*\n\\)*"))
34997 @end example
34998 Any major modes added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
34999 should also be added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} 
35000 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
35001 @end defvar
35003 @defvar  calc-embedded-open-formula
35004 @defvarx calc-embedded-close-formula
35005 @defvarx calc-embedded-open-close-formula-alist
35006 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35007 The variables @code{calc-embedded-open-formula} and
35008 @code{calc-embedded-open-formula} control the region that Calc will
35009 activate as a formula when Embedded mode is entered with @kbd{C-x * e}.
35010 They are regular expressions; 
35011 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
35012 nearest text matching these regular expressions to be the ``formula
35013 delimiters''.
35015 The simplest delimiters are blank lines.  Other delimiters that
35016 Embedded mode understands by default are:
35017 @enumerate
35018 @item
35019 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
35020 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
35021 @item
35022 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
35023 @item
35024 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
35025 @item
35026 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
35027 @item
35028 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
35029 @end enumerate
35031 The variable @code{calc-embedded-open-close-formula-alist} is used to
35032 set @code{calc-embedded-open-formula} and
35033 @code{calc-embedded-close-formula} to different regular
35034 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35035 It consists of a list of lists of the form 
35036 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-FORMULA-REGEXP}
35037 @var{CLOSE-FORMULA-REGEXP})}, and its default value is
35038 @code{nil}.
35039 @end defvar
35041 @defvar  calc-embedded-open-word
35042 @defvarx calc-embedded-close-word
35043 @defvarx calc-embedded-open-close-word-alist
35044 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35045 The variables @code{calc-embedded-open-word} and
35046 @code{calc-embedded-close-word} control the region that Calc will
35047 activate when Embedded mode is entered with @kbd{C-x * w}.  They are
35048 regular expressions.
35050 The default values of @code{calc-embedded-open-word} and
35051 @code{calc-embedded-close-word} are @code{"^\\|[^-+0-9.eE]"} and 
35052 @code{"$\\|[^-+0-9.eE]"} respectively.
35054 The variable @code{calc-embedded-open-close-word-alist} is used to
35055 set @code{calc-embedded-open-word} and
35056 @code{calc-embedded-close-word} to different regular
35057 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35058 It consists of a list of lists of the form 
35059 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-WORD-REGEXP}
35060 @var{CLOSE-WORD-REGEXP})}, and its default value is
35061 @code{nil}.
35062 @end defvar
35064 @defvar  calc-embedded-open-plain
35065 @defvarx calc-embedded-close-plain
35066 @defvarx calc-embedded-open-close-plain-alist
35067 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35068 The variables @code{calc-embedded-open-plain} and
35069 @code{calc-embedded-open-plain} are used to delimit ``plain''
35070 formulas.  Note that these are actual strings, not regular
35071 expressions, because Calc must be able to write these string into a
35072 buffer as well as to recognize them.
35074 The default string for @code{calc-embedded-open-plain} is 
35075 @code{"%%% "}, note the trailing space.  The default string for 
35076 @code{calc-embedded-close-plain} is @code{" %%%\n"}, without
35077 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
35078 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
35080 The variable @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} is used to
35081 set @code{calc-embedded-open-plain} and
35082 @code{calc-embedded-close-plain} to different strings
35083 depending on the major mode of the editing buffer.
35084 It consists of a list of lists of the form 
35085 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-PLAIN-STRING}
35086 @var{CLOSE-PLAIN-STRING})}, and its default value is
35087 @example
35088    ((c++-mode     "// %% "   " %%\n")
35089     (c-mode       "/* %% "   " %% */\n")
35090     (f90-mode     "! %% "    " %%\n")
35091     (fortran-mode "C %% "    " %%\n")
35092     (html-helper-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
35093     (html-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
35094     (nroff-mode   "\\\" %% " " %%\n")
35095     (pascal-mode  "@{%% "    " %%@}\n")
35096     (sgml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
35097     (xml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
35098     (texinfo-mode "@@c %% "   " %%\n"))
35099 @end example
35100 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}
35101 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35102 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
35103 @end defvar
35105 @defvar  calc-embedded-open-new-formula
35106 @defvarx calc-embedded-close-new-formula
35107 @defvarx calc-embedded-open-close-new-formula-alist
35108 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35109 The variables @code{calc-embedded-open-new-formula} and
35110 @code{calc-embedded-close-new-formula} are strings which are
35111 inserted before and after a new formula when you type @kbd{C-x * f}.
35113 The default value of @code{calc-embedded-open-new-formula} is
35114 @code{"\n\n"}.  If this string begins with a newline character and the
35115 @kbd{C-x * f} is typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip
35116 this first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in the
35117 file.  The default value of @code{calc-embedded-close-new-formula} is
35118 also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by @w{@kbd{C-x * f}}
35119 if typed at the end of a line.  (It follows that if @kbd{C-x * f} is
35120 typed on a blank line, both a leading opening newline and a trailing
35121 closing newline are omitted.)
35123 The variable @code{calc-embedded-open-close-new-formula-alist} is used to
35124 set @code{calc-embedded-open-new-formula} and
35125 @code{calc-embedded-close-new-formula} to different strings
35126 depending on the major mode of the editing buffer.
35127 It consists of a list of lists of the form 
35128 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-NEW-FORMULA-STRING}
35129 @var{CLOSE-NEW-FORMULA-STRING})}, and its default value is
35130 @code{nil}.
35131 @end defvar
35133 @defvar  calc-embedded-open-mode
35134 @defvarx calc-embedded-close-mode
35135 @defvarx calc-embedded-open-close-mode-alist
35136 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35137 The variables @code{calc-embedded-open-mode} and
35138 @code{calc-embedded-close-mode} are strings which Calc will place before
35139 and after any mode annotations that it inserts.  Calc never scans for
35140 these strings; Calc always looks for the annotation itself, so it is not
35141 necessary to add them to user-written annotations.
35143 The default value of @code{calc-embedded-open-mode} is @code{"% "}
35144 and the default value of @code{calc-embedded-close-mode} is
35145 @code{"\n"}.  
35146 If you change the value of @code{calc-embedded-close-mode}, it is a good
35147 idea still to end with a newline so that mode annotations will appear on
35148 lines by themselves.
35150 The variable @code{calc-embedded-open-close-mode-alist} is used to
35151 set @code{calc-embedded-open-mode} and
35152 @code{calc-embedded-close-mode} to different strings
35153 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35154 It consists of a list of lists of the form 
35155 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-MODE-STRING}
35156 @var{CLOSE-MODE-STRING})}, and its default value is
35157 @example
35158    ((c++-mode     "// "   "\n")
35159     (c-mode       "/* "   " */\n")
35160     (f90-mode     "! "    "\n")
35161     (fortran-mode "C "    "\n")
35162     (html-helper-mode "<!-- " " -->\n")
35163     (html-mode    "<!-- " " -->\n")
35164     (nroff-mode   "\\\" " "\n")
35165     (pascal-mode  "@{ "    " @}\n")
35166     (sgml-mode    "<!-- " " -->\n")
35167     (xml-mode     "<!-- " " -->\n")
35168     (texinfo-mode "@@c "   "\n"))
35169 @end example
35170 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}
35171 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35172 and @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}.
35173 @end defvar
35175 @defvar calc-multiplication-has-precedence
35176 The variable @code{calc-multiplication-has-precedence} determines
35177 whether multiplication has precedence over division in algebraic formulas
35178 in normal language modes.  If @code{calc-multiplication-has-precedence}
35179 is non-@code{nil}, then multiplication has precedence, and so for
35180 example @samp{a/b*c} will be interpreted as @samp{a/(b*c)}. If
35181 @code{calc-multiplication-has-precedence} is @code{nil}, then
35182 multiplication has the same precedence as division, and so for example
35183 @samp{a/b*c} will be interpreted as @samp{(a/b)*c}.  The default value
35184 of @code{calc-multiplication-has-precedence} is @code{t}.
35185 @end defvar
35187 @node Reporting Bugs, Summary, Customizing Calc, Top
35188 @appendix Reporting Bugs
35190 @noindent
35191 If you find a bug in Calc, send e-mail to Jay Belanger,
35193 @example
35194 jay.p.belanger@@gmail.com
35195 @end example
35197 @noindent
35198 There is an automatic command @kbd{M-x report-calc-bug} which helps
35199 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
35200 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
35201 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
35202 reporting a Calc bug; this command sends mail to the maintainer's
35203 regular mailbox.
35205 If you have suggestions for additional features for Calc, please send
35206 them.  Some have dared to suggest that Calc is already top-heavy with
35207 features; this obviously cannot be the case, so if you have ideas, send
35208 them right in.
35210 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
35211 future work.  If any enthusiastic souls wish to take it upon themselves
35212 to work on these, please send a message (using @kbd{M-x report-calc-bug})
35213 so any efforts can be coordinated.
35215 The latest version of Calc is available from Savannah, in the Emacs
35216 CVS tree.  See @uref{http://savannah.gnu.org/projects/emacs}.
35218 @c [summary]
35219 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
35220 @appendix Calc Summary
35222 @noindent
35223 This section includes a complete list of Calc 2.1 keystroke commands.
35224 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
35225 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
35226 and the result of the command (also with top-of-stack last).
35227 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
35228 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
35229 command name in that position.  Numbers preceding the result or
35230 command name refer to notes at the end.
35232 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
35233 keystrokes are not listed in this summary.
35234 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
35236 @iftex
35237 @begingroup
35238 @tex
35239 \vskip-2\baselineskip \null
35240 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
35241 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
35242 \leavevmode%
35243 {\smallfonts
35244 \hbox to5em{\sl\hss#1}%
35245 \hbox to5em{\tt#2\hss}%
35246 \hbox to4em{\sl#3\hss}%
35247 \hbox to5em{\rm\hss#4}%
35248 \thinspace%
35249 {\tt#5}%
35250 {\sl#6}%
35252 \gdef\sumlpar{{\rm(}}%
35253 \gdef\sumrpar{{\rm)}}%
35254 \gdef\sumcomma{{\rm,\thinspace}}%
35255 \gdef\sumexcl{{\rm!}}%
35256 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
35257 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
35258 @end tex
35259 @let@:=@sumsep
35260 @let@r=@sumrow
35261 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
35262 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
35263 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
35264 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
35265 @end iftex
35266 @format
35267 @iftex
35268 @advance@baselineskip-2.5pt
35269 @let@c@sumbreak
35270 @end iftex
35271 @r{       @:     C-x * a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
35272 @r{       @:     C-x * b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
35273 @r{       @:     C-x * c  @:             @:        @:calc@:}
35274 @r{       @:     C-x * d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
35275 @r{       @:     C-x * e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
35276 @r{       @:     C-x * f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
35277 @r{       @:     C-x * g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
35278 @r{       @:     C-x * i  @:             @:        @:calc-info@:}
35279 @r{       @:     C-x * j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
35280 @r{       @:     C-x * k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
35281 @r{       @:     C-x * l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
35282 @r{       @:     C-x * m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
35283 @r{       @:     C-x * n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
35284 @r{       @:     C-x * o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
35285 @r{       @:     C-x * p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
35286 @r{       @:     C-x * q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
35287 @r{       @:     C-x * r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
35288 @r{       @:     C-x * s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35289 @r{       @:     C-x * t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35290 @r{       @:     C-x * u  @:             @:        @:calc-embedded-update-formula@:}
35291 @r{       @:     C-x * w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
35292 @r{       @:     C-x * x  @:             @:        @:calc-quit@:}
35293 @r{       @:     C-x * y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35294 @r{       @:     C-x * z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
35295 @r{       @:     C-x * :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
35296 @r{       @:     C-x * _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
35297 @r{       @:     C-x * `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
35298 @r{       @:     C-x * 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
35301 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
35302 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
35303 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
35304 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
35305 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@tfn{#}number}
35306 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
35307 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
35308 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35309 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35312 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
35313 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
35314 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
35317 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
35318 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
35319 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
35320 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
35321 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
35322 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
35323 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
35324 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
35325 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
35326 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
35327 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
35328 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
35329 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
35330 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
35331 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
35332 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
35333 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
35336 @r{  ... a@:      @key{RET}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35337 @r{  ... a@:      @key{SPC}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35338 @r{... a b@:      @key{TAB}   @:             @:     3  @:@:... b a}
35339 @r{. a b c@:      M-@key{TAB} @:             @:     3  @:@:... b c a}
35340 @r{... a b@:      @key{LFD}   @:             @:     1  @:@:... a b a}
35341 @r{  ... a@:      @key{DEL}   @:             @:     1  @:@:...}
35342 @r{... a b@:      M-@key{DEL} @:             @:     1  @:@:... b}
35343 @r{       @:      M-@key{RET} @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
35344 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
35347 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
35348 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
35349 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
35350 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
35351 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35352 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
35353 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
35356 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
35357 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
35358 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
35359 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
35360 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
35361 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
35362 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
35365 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
35366 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
35367 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
35368 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
35369 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
35370 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
35373 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
35374 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
35375 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
35376 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
35377 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
35378 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
35379 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35382 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
35383 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
35384 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35385 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
35386 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
35387 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
35388 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
35389 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
35390 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
35391 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
35392 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
35393 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
35394 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
35395 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
35396 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
35397 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
35398 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
35399 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
35400 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
35401 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
35402 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
35403 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
35404 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
35405 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
35406 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
35407 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
35408 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
35409 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
35410 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
35411 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35412 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
35413 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
35414 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
35415 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
35416 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
35417 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
35418 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
35419 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
35420 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
35421 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
35422 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
35423 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
35424 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35425 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
35428 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
35429 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
35430 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
35431 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
35432 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
35433 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
35434 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
35435 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
35436 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
35437 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
35438 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
35439 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
35440 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
35443 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
35444 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
35445 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
35446 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
35449 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
35450 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
35451 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
35452 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
35455 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
35456 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
35457 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
35458 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
35459 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
35460 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
35461 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
35462 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
35463 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
35464 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
35465 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
35466 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
35467 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
35468 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
35469 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
35470 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
35471 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
35472 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
35473 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
35474 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
35477 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
35478 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
35479 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
35480 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
35481 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
35482 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
35483 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
35484 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
35485 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
35486 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
35487 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
35488 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
35489 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
35490 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
35491 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
35492 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
35493 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
35494 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
35495 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
35498 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
35499 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
35500 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
35501 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
35502 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
35503 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
35504 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
35505 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
35506 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
35507 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
35508 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
35509 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
35510 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
35511 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
35512 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
35515 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
35516 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
35517 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
35518 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
35519 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
35520 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
35521 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
35522 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
35523 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
35524 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
35525 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
35526 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
35527 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
35528 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
35529 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
35530 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
35531 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
35532 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
35533 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
35534 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
35535 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
35536 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
35537 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
35539 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
35540 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
35541 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
35542 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
35545 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
35546 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
35547 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
35548 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
35549 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
35550 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
35551 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
35552 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
35553 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
35554 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
35555 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
35558 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
35559 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
35562 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
35565 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
35566 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
35567 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
35568 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
35569 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
35570 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
35571 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
35572 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
35573 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
35574 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
35575 @r{       @:      d @key{SPC} @:             @:        @:calc-refresh@:}
35576 @r{       @:      d @key{RET} @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
35579 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
35580 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
35581 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
35582 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
35585 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
35586 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
35587 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
35588 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
35589 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
35590 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
35591 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
35592 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
35593 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
35594 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
35595 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
35596 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
35597 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
35598 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
35599 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
35600 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
35601 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
35602 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
35605 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
35606 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
35607 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
35608 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
35609 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
35610 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
35611 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
35612 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
35613 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
35614 @r{       @:      d L   @:             @:    50  @:calc-latex-language@:}
35615 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
35616 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
35619 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
35620 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
35623 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
35624 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
35625 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
35626 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
35627 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
35628 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
35629 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
35630 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
35631 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
35632 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
35633 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
35634 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
35637 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
35638 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
35639 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
35640 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
35641 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
35642 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
35643 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
35644 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
35645 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
35646 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35647 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
35648 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
35649 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
35650 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35651 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
35652 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
35653 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
35656 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
35657 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
35658 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
35659 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
35660 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
35661 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
35662 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
35663 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
35664 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
35665 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
35666 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
35667 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
35668 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
35669 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
35670 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
35671 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
35672 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
35673 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
35674 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
35677 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
35678 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
35679 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
35680 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
35681 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
35682 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
35683 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
35684 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
35685 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
35686 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
35687 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
35688 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
35689 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
35690 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
35691 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
35692 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
35695 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
35696 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
35697 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
35700 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
35701 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
35702 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
35703 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
35704 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
35705 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
35706 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
35707 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35708 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35709 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
35712 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
35713 @r{       @:      j @key{RET} @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
35714 @r{       @:      j @key{DEL} @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
35715 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
35716 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
35717 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
35720 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
35721 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
35722 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
35723 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
35724 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
35727 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
35728 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
35729 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
35730 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
35731 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
35732 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
35733 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
35734 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
35735 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
35736 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
35737 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
35738 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
35739 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
35740 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
35743 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
35744 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
35745 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
35746 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
35747 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
35748 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
35749 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
35750 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
35751 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
35752 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
35753 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
35754 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
35757 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
35758 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
35759 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
35760 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
35761 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
35762 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
35763 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
35764 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
35765 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
35766 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
35767 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
35768 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
35769 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
35770 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
35771 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
35772 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
35773 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
35774 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
35775 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
35776 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
35779 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
35780 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
35781 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
35782 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
35783 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
35784 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
35785 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
35786 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
35787 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
35788 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
35789 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
35790 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
35791 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
35794 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
35795 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
35796 @r{       @:      m e   @:             @:        @:calc-embedded-preserve-modes@:}
35797 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
35798 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
35799 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
35800 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
35801 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
35802 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
35803 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
35804 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
35805 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
35806 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
35807 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
35808 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
35811 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
35812 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
35813 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
35814 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
35815 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
35816 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
35817 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
35818 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
35819 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
35820 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
35821 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
35824 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
35825 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
35826 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
35827 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
35828 @r{       @:      s k   @:const, var   @:    29  @:calc-copy-special-constant@:}
35829 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
35830 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
35831 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
35832 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
35833 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
35834 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
35835 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
35836 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
35837 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
35838 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
35839 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
35840 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
35843 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
35844 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
35845 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
35846 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
35847 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
35848 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
35849 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
35850 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
35851 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
35852 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
35853 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
35854 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
35855 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
35858 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
35859 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
35860 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
35861 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
35862 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
35863 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
35864 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
35865 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
35866 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
35867 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @tfn{:=} b}
35868 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @tfn{=>}}
35871 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
35872 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
35873 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
35874 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
35875 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
35878 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
35879 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
35880 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
35881 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
35882 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
35883 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
35884 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
35885 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
35886 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
35887 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
35888 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
35889 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
35890 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
35893 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35894 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35895 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
35896 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
35897 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
35898 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
35899 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
35900 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
35901 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
35902 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
35903 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
35904 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
35905 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
35906 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
35907 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
35908 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
35909 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
35910 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
35911 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
35914 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
35915 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
35918 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
35919 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
35920 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
35921 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
35922 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
35923 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
35924 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
35925 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
35926 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
35927 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
35928 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
35929 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
35930 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
35931 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
35934 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
35935 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
35936 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
35937 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
35938 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
35939 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
35940 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
35941 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
35942 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
35943 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
35944 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
35945 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
35946 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
35947 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
35948 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
35949 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
35952 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
35953 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
35954 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
35957 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
35958 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
35959 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
35960 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
35961 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
35962 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
35963 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
35964 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
35965 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
35966 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
35969 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
35970 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
35971 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
35972 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
35973 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
35974 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
35977 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
35980 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
35981 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
35982 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
35983 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
35984 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35985 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
35986 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
35987 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
35988 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
35989 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
35990 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
35991 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
35992 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
35993 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
35994 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
35995 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
35996 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
35997 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
35998 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
35999 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
36000 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
36001 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
36002 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
36003 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
36004 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
36005 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
36006 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
36007 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
36008 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
36009 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
36010 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
36011 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
36014 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
36015 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
36016 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
36017 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
36018 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
36019 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
36020 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
36021 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
36022 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
36023 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
36024 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
36025 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
36026 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
36027 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
36028 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
36029 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
36030 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
36031 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
36032 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
36033 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
36034 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
36035 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
36036 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
36037 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
36038 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
36039 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
36040 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
36041 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
36044 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
36047 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
36050 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
36051 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
36052 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
36053 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
36056 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
36057 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
36058 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
36059 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
36060 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
36061 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
36062 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
36065 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
36068 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
36069 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
36070 @r{       @:      Z #   @:             @:        @:calc-kbd-query@:}
36073 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
36074 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
36075 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
36076 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
36077 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
36078 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
36079 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
36080 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
36081 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
36082 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
36083 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
36085 @end format
36087 @noindent
36088 NOTES
36090 @enumerate
36091 @c 1
36092 @item
36093 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
36094 Negative prefix arguments apply to the @expr{-n}th stack entry.
36095 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
36096 @kbd{M-@key{DEL}}, the meaning of the sign is reversed.)
36098 @c 2
36099 @item
36100 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
36101 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
36102 and the next @expr{-n} stack entries.
36104 @c 3
36105 @item
36106 Positive prefix arguments rotate top @expr{n} stack entries by one.
36107 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @expr{-n}.
36108 A prefix of zero reverses the entire stack.
36110 @c 4
36111 @item
36112 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
36114 @c 5
36115 @item
36116 Positive prefix arguments specify a precision @expr{p}.
36117 Negative prefix arguments reduce the current precision by @expr{-p}.
36119 @c 6
36120 @item
36121 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
36122 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
36124 @c 7
36125 @item
36126 A prefix argument specifies simplification level and depth.
36127 1=Default, 2=like @kbd{a s}, 3=like @kbd{a e}.
36129 @c 8
36130 @item
36131 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
36133 @c 9
36134 @item
36135 Positive prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, unsigned.
36136 Negative prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, signed.
36138 @c 10
36139 @item
36140 Prefix arguments specify the shift amount @expr{n}.  The @expr{w} argument
36141 cannot be specified in the keyboard version of this command.
36143 @c 11
36144 @item
36145 From the keyboard, @expr{d} is omitted and defaults to zero.
36147 @c 12
36148 @item
36149 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
36150 prefix always clears the mode.
36152 @c 13
36153 @item
36154 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
36156 @c 14
36157 @item
36158 A prefix argument, if any, is used for @expr{m} instead of taking
36159 @expr{m} from the stack.  @expr{M} may take any of these values:
36160 @iftex
36161 {@advance@tableindent10pt
36162 @end iftex
36163 @table @asis
36164 @item Integer
36165 Random integer in the interval @expr{[0 .. m)}.
36166 @item Float
36167 Random floating-point number in the interval @expr{[0 .. m)}.
36168 @item 0.0
36169 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
36170 @item Error form
36171 Gaussian with specified mean and standard deviation.
36172 @item Interval
36173 Random integer or floating-point number in that interval.
36174 @item Vector
36175 Random element from the vector.
36176 @end table
36177 @iftex
36179 @end iftex
36181 @c 15
36182 @item
36183 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
36184 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
36186 @c 16
36187 @item
36188 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
36189 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
36191 @c 17
36192 @item
36193 A prefix argument specifies a day number (0-6, 0-31, or 0-366).
36195 @c 18
36196 @item
36197 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
36198 the new units.
36200 @c 19
36201 @item
36202 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
36203 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
36205 @c 20
36206 @item
36207 With a prefix argument of 1, take a single 
36208 @texline @var{n}@math{\times2}
36209 @infoline @mathit{@var{N}x2} 
36210 matrix from the stack instead of two separate data vectors.
36212 @c 21
36213 @item
36214 The row or column number @expr{n} may be given as a numeric prefix
36215 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @expr{n}
36216 from the top of the stack.  If @expr{n} is a vector or interval,
36217 a subvector/submatrix of the input is created.
36219 @c 22
36220 @item
36221 The @expr{op} prompt can be answered with the key sequence for the
36222 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
36223 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
36224 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
36225 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
36226 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
36227 last argument of the created function), or otherwise you will be
36228 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
36229 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
36231 @c 23
36232 @item
36233 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
36234 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
36235 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
36236 entering @expr{op}; these modify the function name by adding the letter
36237 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
36238 or @code{d} for ``down.''
36240 @c 24
36241 @item
36242 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
36243 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
36244 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
36245 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
36246 may be an integer or a vector of integers.
36247 @iftex
36248 {@advance@tableindent-20pt
36249 @end iftex
36250 @table @cite
36251 @item -1
36252 (@var{2})  Rectangular complex number.
36253 @item -2
36254 (@var{2})  Polar complex number.
36255 @item -3
36256 (@var{3})  HMS form.
36257 @item -4
36258 (@var{2})  Error form.
36259 @item -5
36260 (@var{2})  Modulo form.
36261 @item -6
36262 (@var{2})  Closed interval.
36263 @item -7
36264 (@var{2})  Closed .. open interval.
36265 @item -8
36266 (@var{2})  Open .. closed interval.
36267 @item -9
36268 (@var{2})  Open interval.
36269 @item -10
36270 (@var{2})  Fraction.
36271 @item -11
36272 (@var{2})  Float with integer mantissa.
36273 @item -12
36274 (@var{2})  Float with mantissa in @expr{[1 .. 10)}.
36275 @item -13
36276 (@var{1})  Date form (using date numbers).
36277 @item -14
36278 (@var{3})  Date form (using year, month, day).
36279 @item -15
36280 (@var{6})  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
36281 @end table
36282 @iftex
36284 @end iftex
36286 @c 25
36287 @item
36288 A prefix argument specifies the size @expr{n} of the matrix.  With no
36289 prefix argument, @expr{n} is omitted and the size is inferred from
36290 the input vector.
36292 @c 26
36293 @item
36294 The prefix argument specifies the starting position @expr{n} (default 1).
36296 @c 27
36297 @item
36298 Cursor position within stack buffer affects this command.
36300 @c 28
36301 @item
36302 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
36304 @c 29
36305 @item
36306 Variable name may be a single digit or a full name.
36308 @c 30
36309 @item
36310 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{C-c C-c} (or 
36311 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or kill the
36312 buffer with @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
36313 of the result of the edit.
36315 @c 31
36316 @item
36317 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
36319 @c 32
36320 @item
36321 Press this key a second time to cancel the prefix.
36323 @c 33
36324 @item
36325 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
36326 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
36328 @c 34
36329 @item
36330 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
36331 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
36332 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
36333 backward by that many lines.
36335 @c 35
36336 @item
36337 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
36338 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
36339 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
36340 region between point and mark as a single formula.
36342 @c 36
36343 @item
36344 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
36345 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
36346 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
36347 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
36349 @c 37
36350 @item
36351 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
36353 @c 38
36354 @item
36355 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
36356 later prompts by popping additional stack entries.
36358 @c 39
36359 @item
36360 Answer for @expr{v} may also be of the form @expr{v = v_0} or
36361 @expr{v - v_0}.
36363 @c 40
36364 @item
36365 With a positive prefix argument, stack contains many @expr{y}'s and one
36366 common @expr{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
36367 @expr{y}s and a common @expr{x}.  With a negative prefix, stack
36368 contains many @expr{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
36369 @expr{z} for @expr{y} and @expr{x,y} for @expr{x}.)
36371 @c 41
36372 @item
36373 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
36375 @c 42
36376 @item
36377 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
36378 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
36380 @c 43
36381 @item
36382 With any prefix argument, set the default value instead of the
36383 value for this graph.
36385 @c 44
36386 @item
36387 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
36389 @c 45
36390 @item
36391 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
36392 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
36393 otherwise.
36395 @c 46
36396 @item
36397 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
36398 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
36399 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
36400 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
36401 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
36402 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
36403 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
36404 to evaluate variables.
36406 @c 47
36407 @item
36408 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
36409 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
36410 assigns 
36411 @texline @math{x \coloneq a-x}.
36412 @infoline @expr{x := a-x}.
36414 @c 48
36415 @item
36416 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
36417 variables prompt with @expr{iv} or @expr{iv;pv} to specify
36418 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
36419 takes @mathit{@var{n}+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
36420 and a vector from the stack.
36422 @c 49
36423 @item
36424 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
36425 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
36427 @c 50
36428 @item
36429 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
36430 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
36431 entry, then restores the original setting of the mode.
36433 @c 51
36434 @item
36435 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
36436 default 2D resolution.
36438 @c 52
36439 @item
36440 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
36441 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
36442 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
36443 grabs the @var{n}th mode value only.
36444 @end enumerate
36446 @iftex
36447 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
36448 @page
36449 @endgroup
36450 @end iftex
36453 @c [end-summary]
36455 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
36456 @unnumbered Index of Key Sequences
36458 @printindex ky
36460 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
36461 @unnumbered Index of Calculator Commands
36463 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
36464 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
36465 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
36466 @kbd{M-x calc-last-args}.
36468 @printindex pg
36470 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
36471 @unnumbered Index of Algebraic Functions
36473 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
36474 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
36475 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
36476 @iftex
36477 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
36478 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
36479 @end iftex
36481 @printindex tp
36483 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
36484 @unnumbered Concept Index
36486 @printindex cp
36488 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
36489 @unnumbered Index of Variables
36491 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
36492 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
36493 corresponding Lisp variable.
36495 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
36496 in your Calc init file or @file{.emacs} file.
36498 @printindex vr
36500 @node Lisp Function Index,  , Variable Index, Top
36501 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
36503 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
36504 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
36505 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
36506 @samp{math-}.
36508 @printindex fn
36510 @summarycontents
36512 @c [end]
36514 @contents
36515 @bye
36518 @ignore
36519    arch-tag: 77a71809-fa4d-40be-b2cc-da3e8fb137c0
36520 @end ignore