*** empty log message ***
[emacs.git] / man / calc.texi
blobe1fdea44dd0f77b3a50f47fd06197998525a7b44
1 \input texinfo                  @c -*-texinfo-*-
2 @comment %**start of header (This is for running Texinfo on a region.)
3 @c smallbook
4 @setfilename ../info/calc
5 @c [title]
6 @settitle GNU Emacs Calc 2.02g Manual
7 @setchapternewpage odd
8 @comment %**end of header (This is for running Texinfo on a region.)
10 @tex
11 % Some special kludges to make TeX formatting prettier.
12 % Because makeinfo.c exists, we can't just define new commands.
13 % So instead, we take over little-used existing commands.
15 % Suggested by Karl Berry <karl@@freefriends.org>
16 \gdef\!{\mskip-\thinmuskip}
17 % Redefine @cite{text} to act like $text$ in regular TeX.
18 % Info will typeset this same as @samp{text}.
19 \gdef\goodtex{\tex \let\rm\goodrm \let\t\ttfont \turnoffactive}
20 \gdef\goodrm{\fam0\tenrm}
21 \gdef\cite{\goodtex$\citexxx}
22 \gdef\citexxx#1{#1$\Etex}
23 \global\let\oldxrefX=\xrefX
24 \gdef\xrefX[#1]{\begingroup\let\cite=\dfn\oldxrefX[#1]\endgroup}
26 % Redefine @c{tex-stuff} \n @whatever{info-stuff}.
27 \gdef\c{\futurelet\next\mycxxx}
28 \gdef\mycxxx{%
29   \ifx\next\bgroup \goodtex\let\next\mycxxy
30   \else\ifx\next\mindex \let\next\relax
31   \else\ifx\next\kindex \let\next\relax
32   \else\ifx\next\starindex \let\next\relax \else \let\next\comment
33   \fi\fi\fi\fi \next
35 \gdef\mycxxy#1#2{#1\Etex\mycxxz}
36 \gdef\mycxxz#1{}
37 @end tex
39 @c Fix some other things specifically for this manual.
40 @iftex
41 @finalout
42 @mathcode`@:=`@:  @c Make Calc fractions come out right in math mode
43 @tex
44 \gdef\coloneq{\mathrel{\mathord:\mathord=}}
46 \gdef\beforedisplay{\vskip-10pt}
47 \gdef\afterdisplay{\vskip-5pt}
48 \gdef\beforedisplayh{\vskip-25pt}
49 \gdef\afterdisplayh{\vskip-10pt}
50 @end tex
51 @newdimen@kyvpos @kyvpos=0pt
52 @newdimen@kyhpos @kyhpos=0pt
53 @newcount@calcclubpenalty @calcclubpenalty=1000
54 @ignore
55 @newcount@calcpageno
56 @newtoks@calcoldeverypar @calcoldeverypar=@everypar
57 @everypar={@calceverypar@the@calcoldeverypar}
58 @ifx@turnoffactive@undefinedzzz@def@turnoffactive{}@fi
59 @ifx@ninett@undefinedzzz@font@ninett=cmtt9@fi
60 @catcode`@\=0 \catcode`\@=11
61 \r@ggedbottomtrue
62 \catcode`\@=0 @catcode`@\=@active
63 @end ignore
64 @end iftex
66 @copying
67 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator.
69 Copyright (C) 1990, 1991, 2001, 2002 Free Software Foundation, Inc.
71 @quotation
72 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
73 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.1 or
74 any later version published by the Free Software Foundation; with the
75 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
76 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
77 Texts as in (a) below.
79 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have freedom to copy and modify
80 this GNU Manual, like GNU software.  Copies published by the Free
81 Software Foundation raise funds for GNU development.''
82 @end quotation
83 @end copying
85 @dircategory Emacs
86 @direntry
87 * Calc: (calc).         Advanced desk calculator and mathematical tool.
88 @end direntry
90 @titlepage
91 @sp 6
92 @center @titlefont{Calc Manual}
93 @sp 4
94 @center GNU Emacs Calc Version 2.02g
95 @c [volume]
96 @sp 1
97 @center January 2002
98 @sp 5
99 @center Dave Gillespie
100 @center daveg@@synaptics.com
101 @page
103 @vskip 0pt plus 1filll
104 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002 Free Software Foundation, Inc.
105 @insertcopying
106 @end titlepage
108 @c [begin]
109 @ifinfo
110 @node Top, , (dir), (dir)
111 @chapter The GNU Emacs Calculator
113 @noindent
114 @dfn{Calc} is an advanced desk calculator and mathematical tool
115 that runs as part of the GNU Emacs environment.
117 This manual is divided into three major parts: ``Getting Started,''
118 the ``Calc Tutorial,'' and the ``Calc Reference.''  The Tutorial
119 introduces all the major aspects of Calculator use in an easy,
120 hands-on way.  The remainder of the manual is a complete reference to
121 the features of the Calculator.
123 For help in the Emacs Info system (which you are using to read this
124 file), type @kbd{?}.  (You can also type @kbd{h} to run through a
125 longer Info tutorial.)
127 @end ifinfo
128 @menu
129 * Copying::               How you can copy and share Calc.
131 * Getting Started::       General description and overview.
132 * Interactive Tutorial::
133 * Tutorial::              A step-by-step introduction for beginners.
135 * Introduction::          Introduction to the Calc reference manual.
136 * Data Types::            Types of objects manipulated by Calc.
137 * Stack and Trail::       Manipulating the stack and trail buffers.
138 * Mode Settings::         Adjusting display format and other modes.
139 * Arithmetic::            Basic arithmetic functions.
140 * Scientific Functions::  Transcendentals and other scientific functions.
141 * Matrix Functions::      Operations on vectors and matrices.
142 * Algebra::               Manipulating expressions algebraically.
143 * Units::                 Operations on numbers with units.
144 * Store and Recall::      Storing and recalling variables.
145 * Graphics::              Commands for making graphs of data.
146 * Kill and Yank::         Moving data into and out of Calc.
147 * Embedded Mode::         Working with formulas embedded in a file.
148 * Programming::           Calc as a programmable calculator.
150 * Installation::          Installing Calc as a part of GNU Emacs.
151 * Reporting Bugs::        How to report bugs and make suggestions.
153 * Summary::               Summary of Calc commands and functions.
155 * Key Index::             The standard Calc key sequences.
156 * Command Index::         The interactive Calc commands.
157 * Function Index::        Functions (in algebraic formulas).
158 * Concept Index::         General concepts.
159 * Variable Index::        Variables used by Calc (both user and internal).
160 * Lisp Function Index::   Internal Lisp math functions.
161 @end menu
163 @node Copying, Getting Started, Top, Top
164 @unnumbered GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
165 @center Version 1, February 1989
167 @display
168 Copyright @copyright{} 1989 Free Software Foundation, Inc.
169 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA
171 Everyone is permitted to copy and distribute verbatim copies
172 of this license document, but changing it is not allowed.
173 @end display
175 @unnumberedsec Preamble
177   The license agreements of most software companies try to keep users
178 at the mercy of those companies.  By contrast, our General Public
179 License is intended to guarantee your freedom to share and change free
180 software---to make sure the software is free for all its users.  The
181 General Public License applies to the Free Software Foundation's
182 software and to any other program whose authors commit to using it.
183 You can use it for your programs, too.
185   When we speak of free software, we are referring to freedom, not
186 price.  Specifically, the General Public License is designed to make
187 sure that you have the freedom to give away or sell copies of free
188 software, that you receive source code or can get it if you want it,
189 that you can change the software or use pieces of it in new free
190 programs; and that you know you can do these things.
192   To protect your rights, we need to make restrictions that forbid
193 anyone to deny you these rights or to ask you to surrender the rights.
194 These restrictions translate to certain responsibilities for you if you
195 distribute copies of the software, or if you modify it.
197   For example, if you distribute copies of a such a program, whether
198 gratis or for a fee, you must give the recipients all the rights that
199 you have.  You must make sure that they, too, receive or can get the
200 source code.  And you must tell them their rights.
202   We protect your rights with two steps: (1) copyright the software, and
203 (2) offer you this license which gives you legal permission to copy,
204 distribute and/or modify the software.
206   Also, for each author's protection and ours, we want to make certain
207 that everyone understands that there is no warranty for this free
208 software.  If the software is modified by someone else and passed on, we
209 want its recipients to know that what they have is not the original, so
210 that any problems introduced by others will not reflect on the original
211 authors' reputations.
213   The precise terms and conditions for copying, distribution and
214 modification follow.
216 @iftex
217 @unnumberedsec TERMS AND CONDITIONS
218 @end iftex
219 @ifinfo
220 @center TERMS AND CONDITIONS
221 @end ifinfo
223 @enumerate
224 @item
225 This License Agreement applies to any program or other work which
226 contains a notice placed by the copyright holder saying it may be
227 distributed under the terms of this General Public License.  The
228 ``Program'', below, refers to any such program or work, and a ``work based
229 on the Program'' means either the Program or any work containing the
230 Program or a portion of it, either verbatim or with modifications.  Each
231 licensee is addressed as ``you''.
233 @item
234 You may copy and distribute verbatim copies of the Program's source
235 code as you receive it, in any medium, provided that you conspicuously and
236 appropriately publish on each copy an appropriate copyright notice and
237 disclaimer of warranty; keep intact all the notices that refer to this
238 General Public License and to the absence of any warranty; and give any
239 other recipients of the Program a copy of this General Public License
240 along with the Program.  You may charge a fee for the physical act of
241 transferring a copy.
243 @item
244 You may modify your copy or copies of the Program or any portion of
245 it, and copy and distribute such modifications under the terms of Paragraph
246 1 above, provided that you also do the following:
248 @itemize @bullet
249 @item
250 cause the modified files to carry prominent notices stating that
251 you changed the files and the date of any change; and
253 @item
254 cause the whole of any work that you distribute or publish, that
255 in whole or in part contains the Program or any part thereof, either
256 with or without modifications, to be licensed at no charge to all
257 third parties under the terms of this General Public License (except
258 that you may choose to grant warranty protection to some or all
259 third parties, at your option).
261 @item
262 If the modified program normally reads commands interactively when
263 run, you must cause it, when started running for such interactive use
264 in the simplest and most usual way, to print or display an
265 announcement including an appropriate copyright notice and a notice
266 that there is no warranty (or else, saying that you provide a
267 warranty) and that users may redistribute the program under these
268 conditions, and telling the user how to view a copy of this General
269 Public License.
271 @item
272 You may charge a fee for the physical act of transferring a
273 copy, and you may at your option offer warranty protection in
274 exchange for a fee.
275 @end itemize
277 Mere aggregation of another independent work with the Program (or its
278 derivative) on a volume of a storage or distribution medium does not bring
279 the other work under the scope of these terms.
281 @item
282 You may copy and distribute the Program (or a portion or derivative of
283 it, under Paragraph 2) in object code or executable form under the terms of
284 Paragraphs 1 and 2 above provided that you also do one of the following:
286 @itemize @bullet
287 @item
288 accompany it with the complete corresponding machine-readable
289 source code, which must be distributed under the terms of
290 Paragraphs 1 and 2 above; or,
292 @item
293 accompany it with a written offer, valid for at least three
294 years, to give any third party free (except for a nominal charge
295 for the cost of distribution) a complete machine-readable copy of the
296 corresponding source code, to be distributed under the terms of
297 Paragraphs 1 and 2 above; or,
299 @item
300 accompany it with the information you received as to where the
301 corresponding source code may be obtained.  (This alternative is
302 allowed only for noncommercial distribution and only if you
303 received the program in object code or executable form alone.)
304 @end itemize
306 Source code for a work means the preferred form of the work for making
307 modifications to it.  For an executable file, complete source code means
308 all the source code for all modules it contains; but, as a special
309 exception, it need not include source code for modules which are standard
310 libraries that accompany the operating system on which the executable
311 file runs, or for standard header files or definitions files that
312 accompany that operating system.
314 @item
315 You may not copy, modify, sublicense, distribute or transfer the
316 Program except as expressly provided under this General Public License.
317 Any attempt otherwise to copy, modify, sublicense, distribute or transfer
318 the Program is void, and will automatically terminate your rights to use
319 the Program under this License.  However, parties who have received
320 copies, or rights to use copies, from you under this General Public
321 License will not have their licenses terminated so long as such parties
322 remain in full compliance.
324 @item
325 By copying, distributing or modifying the Program (or any work based
326 on the Program) you indicate your acceptance of this license to do so,
327 and all its terms and conditions.
329 @item
330 Each time you redistribute the Program (or any work based on the
331 Program), the recipient automatically receives a license from the original
332 licensor to copy, distribute or modify the Program subject to these
333 terms and conditions.  You may not impose any further restrictions on the
334 recipients' exercise of the rights granted herein.
336 @item
337 The Free Software Foundation may publish revised and/or new versions
338 of the General Public License from time to time.  Such new versions will
339 be similar in spirit to the present version, but may differ in detail to
340 address new problems or concerns.
342 Each version is given a distinguishing version number.  If the Program
343 specifies a version number of the license which applies to it and ``any
344 later version'', you have the option of following the terms and conditions
345 either of that version or of any later version published by the Free
346 Software Foundation.  If the Program does not specify a version number of
347 the license, you may choose any version ever published by the Free Software
348 Foundation.
350 @item
351 If you wish to incorporate parts of the Program into other free
352 programs whose distribution conditions are different, write to the author
353 to ask for permission.  For software which is copyrighted by the Free
354 Software Foundation, write to the Free Software Foundation; we sometimes
355 make exceptions for this.  Our decision will be guided by the two goals
356 of preserving the free status of all derivatives of our free software and
357 of promoting the sharing and reuse of software generally.
359 @iftex
360 @heading NO WARRANTY
361 @end iftex
362 @ifinfo
363 @center NO WARRANTY
364 @end ifinfo
366 @item
367 BECAUSE THE PROGRAM IS LICENSED FREE OF CHARGE, THERE IS NO WARRANTY
368 FOR THE PROGRAM, TO THE EXTENT PERMITTED BY APPLICABLE LAW.  EXCEPT WHEN
369 OTHERWISE STATED IN WRITING THE COPYRIGHT HOLDERS AND/OR OTHER PARTIES
370 PROVIDE THE PROGRAM ``AS IS'' WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EITHER EXPRESSED
371 OR IMPLIED, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
372 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  THE ENTIRE RISK AS
373 TO THE QUALITY AND PERFORMANCE OF THE PROGRAM IS WITH YOU.  SHOULD THE
374 PROGRAM PROVE DEFECTIVE, YOU ASSUME THE COST OF ALL NECESSARY SERVICING,
375 REPAIR OR CORRECTION.
377 @item
378 IN NO EVENT UNLESS REQUIRED BY APPLICABLE LAW OR AGREED TO IN WRITING WILL
379 ANY COPYRIGHT HOLDER, OR ANY OTHER PARTY WHO MAY MODIFY AND/OR
380 REDISTRIBUTE THE PROGRAM AS PERMITTED ABOVE, BE LIABLE TO YOU FOR DAMAGES,
381 INCLUDING ANY GENERAL, SPECIAL, INCIDENTAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES
382 ARISING OUT OF THE USE OR INABILITY TO USE THE PROGRAM (INCLUDING BUT NOT
383 LIMITED TO LOSS OF DATA OR DATA BEING RENDERED INACCURATE OR LOSSES
384 SUSTAINED BY YOU OR THIRD PARTIES OR A FAILURE OF THE PROGRAM TO OPERATE
385 WITH ANY OTHER PROGRAMS), EVEN IF SUCH HOLDER OR OTHER PARTY HAS BEEN
386 ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES.
387 @end enumerate
389 @node Getting Started, Tutorial, Copying, Top
390 @chapter Getting Started
391 @noindent
392 This chapter provides a general overview of Calc, the GNU Emacs
393 Calculator:  What it is, how to start it and how to exit from it,
394 and what are the various ways that it can be used.
396 @menu
397 * What is Calc::
398 * About This Manual::
399 * Notations Used in This Manual::
400 * Using Calc::
401 * Demonstration of Calc::
402 * History and Acknowledgements::
403 @end menu
405 @node What is Calc, About This Manual, Getting Started, Getting Started
406 @section What is Calc?
408 @noindent
409 @dfn{Calc} is an advanced calculator and mathematical tool that runs as
410 part of the GNU Emacs environment.  Very roughly based on the HP-28/48
411 series of calculators, its many features include:
413 @itemize @bullet
414 @item
415 Choice of algebraic or RPN (stack-based) entry of calculations.
417 @item
418 Arbitrary precision integers and floating-point numbers.
420 @item
421 Arithmetic on rational numbers, complex numbers (rectangular and polar),
422 error forms with standard deviations, open and closed intervals, vectors
423 and matrices, dates and times, infinities, sets, quantities with units,
424 and algebraic formulas.
426 @item
427 Mathematical operations such as logarithms and trigonometric functions.
429 @item
430 Programmer's features (bitwise operations, non-decimal numbers).
432 @item
433 Financial functions such as future value and internal rate of return.
435 @item
436 Number theoretical features such as prime factorization and arithmetic
437 modulo @var{m} for any @var{m}.
439 @item
440 Algebraic manipulation features, including symbolic calculus.
442 @item
443 Moving data to and from regular editing buffers.
445 @item
446 ``Embedded mode'' for manipulating Calc formulas and data directly
447 inside any editing buffer.
449 @item
450 Graphics using GNUPLOT, a versatile (and free) plotting program.
452 @item
453 Easy programming using keyboard macros, algebraic formulas,
454 algebraic rewrite rules, or extended Emacs Lisp.
455 @end itemize
457 Calc tries to include a little something for everyone; as a result it is
458 large and might be intimidating to the first-time user.  If you plan to
459 use Calc only as a traditional desk calculator, all you really need to
460 read is the ``Getting Started'' chapter of this manual and possibly the
461 first few sections of the tutorial.  As you become more comfortable with
462 the program you can learn its additional features.  In terms of efficiency,
463 scope and depth, Calc cannot replace a powerful tool like Mathematica.
464 But Calc has the advantages of convenience, portability, and availability
465 of the source code.  And, of course, it's free!
467 @node About This Manual, Notations Used in This Manual, What is Calc, Getting Started
468 @section About This Manual
470 @noindent
471 This document serves as a complete description of the GNU Emacs
472 Calculator.  It works both as an introduction for novices, and as
473 a reference for experienced users.  While it helps to have some
474 experience with GNU Emacs in order to get the most out of Calc,
475 this manual ought to be readable even if you don't know or use Emacs
476 regularly.
478 @ifinfo
479 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
480 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
481 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
482 @end ifinfo
483 @iftex
484 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
485 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
486 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
487 @c [when-split]
488 @c This manual has been printed in two volumes, the @dfn{Tutorial} and the
489 @c @dfn{Reference}.  Both volumes include a copy of the ``Getting Started''
490 @c chapter.
491 @end iftex
493 If you are in a hurry to use Calc, there is a brief ``demonstration''
494 below which illustrates the major features of Calc in just a couple of
495 pages.  If you don't have time to go through the full tutorial, this
496 will show you everything you need to know to begin.
497 @xref{Demonstration of Calc}.
499 The tutorial chapter walks you through the various parts of Calc
500 with lots of hands-on examples and explanations.  If you are new
501 to Calc and you have some time, try going through at least the
502 beginning of the tutorial.  The tutorial includes about 70 exercises
503 with answers.  These exercises give you some guided practice with
504 Calc, as well as pointing out some interesting and unusual ways
505 to use its features.
507 The reference section discusses Calc in complete depth.  You can read
508 the reference from start to finish if you want to learn every aspect
509 of Calc.  Or, you can look in the table of contents or the Concept
510 Index to find the parts of the manual that discuss the things you
511 need to know.
513 @cindex Marginal notes
514 Every Calc keyboard command is listed in the Calc Summary, and also
515 in the Key Index.  Algebraic functions, @kbd{M-x} commands, and
516 variables also have their own indices.  @c{Each}
517 @asis{In the printed manual, each}
518 paragraph that is referenced in the Key or Function Index is marked
519 in the margin with its index entry.
521 @c [fix-ref Help Commands]
522 You can access this manual on-line at any time within Calc by
523 pressing the @kbd{h i} key sequence.  Outside of the Calc window,
524 you can press @kbd{M-# i} to read the manual on-line.  Also, you
525 can jump directly to the Tutorial by pressing @kbd{h t} or @kbd{M-# t},
526 or to the Summary by pressing @kbd{h s} or @kbd{M-# s}.  Within Calc,
527 you can also go to the part of the manual describing any Calc key,
528 function, or variable using @w{@kbd{h k}}, @kbd{h f}, or @kbd{h v},
529 respectively.  @xref{Help Commands}.
531 Printed copies of this manual are also available from the Free Software
532 Foundation.
534 @node Notations Used in This Manual, Demonstration of Calc, About This Manual, Getting Started
535 @section Notations Used in This Manual
537 @noindent
538 This section describes the various notations that are used
539 throughout the Calc manual.
541 In keystroke sequences, uppercase letters mean you must hold down
542 the shift key while typing the letter.  Keys pressed with Control
543 held down are shown as @kbd{C-x}.  Keys pressed with Meta held down
544 are shown as @kbd{M-x}.  Other notations are @key{RET} for the
545 Return key, @key{SPC} for the space bar, @key{TAB} for the Tab key,
546 @key{DEL} for the Delete key, and @key{LFD} for the Line-Feed key.
547 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards, it is
548 whatever key you would use to correct a simple typing error when
549 regularly using Emacs.
551 (If you don't have the @key{LFD} or @key{TAB} keys on your keyboard,
552 the @kbd{C-j} and @kbd{C-i} keys are equivalent to them, respectively.
553 If you don't have a Meta key, look for Alt or Extend Char.  You can
554 also press @key{ESC} or @key{C-[} first to get the same effect, so
555 that @kbd{M-x}, @kbd{@key{ESC} x}, and @kbd{C-[ x} are all equivalent.)
557 Sometimes the @key{RET} key is not shown when it is ``obvious''
558 that you must press @key{RET} to proceed.  For example, the @key{RET}
559 is usually omitted in key sequences like @kbd{M-x calc-keypad @key{RET}}.
561 Commands are generally shown like this:  @kbd{p} (@code{calc-precision})
562 or @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}).  This means that the command is
563 normally used by pressing the @kbd{p} key or @kbd{M-# k} key sequence,
564 but it also has the full-name equivalent shown, e.g., @kbd{M-x calc-precision}.
566 Commands that correspond to functions in algebraic notation
567 are written:  @kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}].  This means
568 the @kbd{C} key is equivalent to @kbd{M-x calc-cos}, and that
569 the corresponding function in an algebraic-style formula would
570 be @samp{cos(@var{x})}.
572 A few commands don't have key equivalents:  @code{calc-sincos}
573 [@code{sincos}].@refill
575 @node Demonstration of Calc, Using Calc, Notations Used in This Manual, Getting Started
576 @section A Demonstration of Calc
578 @noindent
579 @cindex Demonstration of Calc
580 This section will show some typical small problems being solved with
581 Calc.  The focus is more on demonstration than explanation, but
582 everything you see here will be covered more thoroughly in the
583 Tutorial.
585 To begin, start Emacs if necessary (usually the command @code{emacs}
586 does this), and type @kbd{M-# c} (or @kbd{@key{ESC} # c}) to start the
587 Calculator.  (@xref{Starting Calc}, if this doesn't work for you.)
589 Be sure to type all the sample input exactly, especially noting the
590 difference between lower-case and upper-case letters.  Remember,
591 @key{RET}, @key{TAB}, @key{DEL}, and @key{SPC} are the Return, Tab,
592 Delete, and Space keys.
594 @strong{RPN calculation.}  In RPN, you type the input number(s) first,
595 then the command to operate on the numbers.
597 @noindent
598 Type @kbd{2 @key{RET} 3 + Q} to compute @c{$\sqrt{2+3} = 2.2360679775$}
599 @asis{the square root of 2+3, which is 2.2360679775}.
601 @noindent
602 Type @kbd{P 2 ^} to compute @c{$\pi^2 = 9.86960440109$}
603 @asis{the value of `pi' squared, 9.86960440109}.
605 @noindent
606 Type @key{TAB} to exchange the order of these two results.
608 @noindent
609 Type @kbd{- I H S} to subtract these results and compute the Inverse
610 Hyperbolic sine of the difference, 2.72996136574.
612 @noindent
613 Type @key{DEL} to erase this result.
615 @strong{Algebraic calculation.}  You can also enter calculations using
616 conventional ``algebraic'' notation.  To enter an algebraic formula,
617 use the apostrophe key.
619 @noindent
620 Type @kbd{' sqrt(2+3) @key{RET}} to compute @c{$\sqrt{2+3}$}
621 @asis{the square root of 2+3}.
623 @noindent
624 Type @kbd{' pi^2 @key{RET}} to enter @c{$\pi^2$}
625 @asis{`pi' squared}.  To evaluate this symbolic
626 formula as a number, type @kbd{=}.
628 @noindent
629 Type @kbd{' arcsinh($ - $$) @key{RET}} to subtract the second-most-recent
630 result from the most-recent and compute the Inverse Hyperbolic sine.
632 @strong{Keypad mode.}  If you are using the X window system, press
633 @w{@kbd{M-# k}} to get Keypad mode.  (If you don't use X, skip to
634 the next section.)
636 @noindent
637 Click on the @key{2}, @key{ENTER}, @key{3}, @key{+}, and @key{SQRT}
638 ``buttons'' using your left mouse button.
640 @noindent
641 Click on @key{PI}, @key{2}, and @t{y^x}.
643 @noindent
644 Click on @key{INV}, then @key{ENTER} to swap the two results.
646 @noindent
647 Click on @key{-}, @key{INV}, @key{HYP}, and @key{SIN}.
649 @noindent
650 Click on @key{<-} to erase the result, then click @key{OFF} to turn
651 the Keypad Calculator off.
653 @strong{Grabbing data.}  Type @kbd{M-# x} if necessary to exit Calc.
654 Now select the following numbers as an Emacs region:  ``Mark'' the
655 front of the list by typing @kbd{C-@key{SPC}} or @kbd{C-@@} there,
656 then move to the other end of the list.  (Either get this list from
657 the on-line copy of this manual, accessed by @w{@kbd{M-# i}}, or just
658 type these numbers into a scratch file.)  Now type @kbd{M-# g} to
659 ``grab'' these numbers into Calc.
661 @example
662 @group
663 1.23  1.97
664 1.6   2
665 1.19  1.08
666 @end group
667 @end example
669 @noindent
670 The result @samp{[1.23, 1.97, 1.6, 2, 1.19, 1.08]} is a Calc ``vector.''
671 Type @w{@kbd{V R +}} to compute the sum of these numbers.
673 @noindent
674 Type @kbd{U} to Undo this command, then type @kbd{V R *} to compute
675 the product of the numbers.
677 @noindent
678 You can also grab data as a rectangular matrix.  Place the cursor on
679 the upper-leftmost @samp{1} and set the mark, then move to just after
680 the lower-right @samp{8} and press @kbd{M-# r}.
682 @noindent
683 Type @kbd{v t} to transpose this @c{$3\times2$}
684 @asis{3x2} matrix into a @c{$2\times3$}
685 @asis{2x3} matrix.  Type
686 @w{@kbd{v u}} to unpack the rows into two separate vectors.  Now type
687 @w{@kbd{V R + @key{TAB} V R +}} to compute the sums of the two original columns.
688 (There is also a special grab-and-sum-columns command, @kbd{M-# :}.)
690 @strong{Units conversion.}  Units are entered algebraically.
691 Type @w{@kbd{' 43 mi/hr @key{RET}}} to enter the quantity 43 miles-per-hour.
692 Type @w{@kbd{u c km/hr @key{RET}}}.  Type @w{@kbd{u c m/s @key{RET}}}.
694 @strong{Date arithmetic.}  Type @kbd{t N} to get the current date and
695 time.  Type @kbd{90 +} to find the date 90 days from now.  Type
696 @kbd{' <25 dec 87> @key{RET}} to enter a date, then @kbd{- 7 /} to see how
697 many weeks have passed since then.
699 @strong{Algebra.}  Algebraic entries can also include formulas
700 or equations involving variables.  Type @kbd{@w{' [x + y} = a, x y = 1] @key{RET}}
701 to enter a pair of equations involving three variables.
702 (Note the leading apostrophe in this example; also, note that the space
703 between @samp{x y} is required.)  Type @w{@kbd{a S x,y @key{RET}}} to solve
704 these equations for the variables @cite{x} and @cite{y}.@refill
706 @noindent
707 Type @kbd{d B} to view the solutions in more readable notation.
708 Type @w{@kbd{d C}} to view them in C language notation, and @kbd{d T}
709 to view them in the notation for the @TeX{} typesetting system.
710 Type @kbd{d N} to return to normal notation.
712 @noindent
713 Type @kbd{7.5}, then @kbd{s l a @key{RET}} to let @cite{a = 7.5} in these formulas.
714 (That's a letter @kbd{l}, not a numeral @kbd{1}.)
716 @iftex
717 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
718 manual.  Type @kbd{M-# c} to return to Calc after each of these
719 commands: @kbd{h k t N} to read about the @kbd{t N} command,
720 @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the @code{sqrt} function, and
721 @kbd{h s} to read the Calc summary.
722 @end iftex
723 @ifinfo
724 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
725 manual.  Remember to type the letter @kbd{l}, then @kbd{M-# c}, to
726 return here after each of these commands: @w{@kbd{h k t N}} to read
727 about the @w{@kbd{t N}} command, @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the
728 @code{sqrt} function, and @kbd{h s} to read the Calc summary.
729 @end ifinfo
731 Press @key{DEL} repeatedly to remove any leftover results from the stack.
732 To exit from Calc, press @kbd{q} or @kbd{M-# c} again.
734 @node Using Calc, History and Acknowledgements, Demonstration of Calc, Getting Started
735 @section Using Calc
737 @noindent
738 Calc has several user interfaces that are specialized for
739 different kinds of tasks.  As well as Calc's standard interface,
740 there are Quick Mode, Keypad Mode, and Embedded Mode.
742 @c [fix-ref Installation]
743 Calc must be @dfn{installed} before it can be used.  @xref{Installation},
744 for instructions on setting up and installing Calc.  We will assume
745 you or someone on your system has already installed Calc as described
746 there.
748 @menu
749 * Starting Calc::
750 * The Standard Interface::
751 * Quick Mode Overview::
752 * Keypad Mode Overview::
753 * Standalone Operation::
754 * Embedded Mode Overview::
755 * Other M-# Commands::
756 @end menu
758 @node Starting Calc, The Standard Interface, Using Calc, Using Calc
759 @subsection Starting Calc
761 @noindent
762 On most systems, you can type @kbd{M-#} to start the Calculator.
763 The notation @kbd{M-#} is short for Meta-@kbd{#}.  On most
764 keyboards this means holding down the Meta (or Alt) and
765 Shift keys while typing @kbd{3}.
767 @cindex META key
768 Once again, if you don't have a Meta key on your keyboard you can type
769 @key{ESC} first, then @kbd{#}, to accomplish the same thing.  If you
770 don't even have an @key{ESC} key, you can fake it by holding down
771 Control or @key{CTRL} while typing a left square bracket
772 (that's @kbd{C-[} in Emacs notation).@refill
774 @kbd{M-#} is a @dfn{prefix key}; when you press it, Emacs waits for
775 you to press a second key to complete the command.  In this case,
776 you will follow @kbd{M-#} with a letter (upper- or lower-case, it
777 doesn't matter for @kbd{M-#}) that says which Calc interface you
778 want to use.
780 To get Calc's standard interface, type @kbd{M-# c}.  To get
781 Keypad Mode, type @kbd{M-# k}.  Type @kbd{M-# ?} to get a brief
782 list of the available options, and type a second @kbd{?} to get
783 a complete list.
785 To ease typing, @kbd{M-# M-#} (or @kbd{M-# #} if that's easier)
786 also works to start Calc.  It starts the same interface (either
787 @kbd{M-# c} or @w{@kbd{M-# k}}) that you last used, selecting the
788 @kbd{M-# c} interface by default.  (If your installation has
789 a special function key set up to act like @kbd{M-#}, hitting that
790 function key twice is just like hitting @kbd{M-# M-#}.)
792 If @kbd{M-#} doesn't work for you, you can always type explicit
793 commands like @kbd{M-x calc} (for the standard user interface) or
794 @w{@kbd{M-x calc-keypad}} (for Keypad Mode).  First type @kbd{M-x}
795 (that's Meta with the letter @kbd{x}), then, at the prompt,
796 type the full command (like @kbd{calc-keypad}) and press Return.
798 If you type @kbd{M-x calc} and Emacs still doesn't recognize the
799 command (it will say @samp{[No match]} when you try to press
800 @key{RET}), then Calc has not been properly installed.
802 The same commands (like @kbd{M-# c} or @kbd{M-# M-#}) that start
803 the Calculator also turn it off if it is already on.
805 @node The Standard Interface, Quick Mode Overview, Starting Calc, Using Calc
806 @subsection The Standard Calc Interface
808 @noindent
809 @cindex Standard user interface
810 Calc's standard interface acts like a traditional RPN calculator,
811 operated by the normal Emacs keyboard.  When you type @kbd{M-# c}
812 to start the Calculator, the Emacs screen splits into two windows
813 with the file you were editing on top and Calc on the bottom.
815 @smallexample
816 @group
819 --**-Emacs: myfile             (Fundamental)----All----------------------
820 --- Emacs Calculator Mode ---                   |Emacs Calc Mode v2.00...
821 2:  17.3                                        |    17.3
822 1:  -5                                          |    3
823     .                                           |    2
824                                                 |    4
825                                                 |  * 8
826                                                 |  ->-5
827                                                 |
828 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All----- --%%-Emacs: *Calc Trail*
829 @end group
830 @end smallexample
832 In this figure, the mode-line for @file{myfile} has moved up and the
833 ``Calculator'' window has appeared below it.  As you can see, Calc
834 actually makes two windows side-by-side.  The lefthand one is
835 called the @dfn{stack window} and the righthand one is called the
836 @dfn{trail window.}  The stack holds the numbers involved in the
837 calculation you are currently performing.  The trail holds a complete
838 record of all calculations you have done.  In a desk calculator with
839 a printer, the trail corresponds to the paper tape that records what
840 you do.
842 In this case, the trail shows that four numbers (17.3, 3, 2, and 4)
843 were first entered into the Calculator, then the 2 and 4 were
844 multiplied to get 8, then the 3 and 8 were subtracted to get @i{-5}.
845 (The @samp{>} symbol shows that this was the most recent calculation.)
846 The net result is the two numbers 17.3 and @i{-5} sitting on the stack.
848 Most Calculator commands deal explicitly with the stack only, but
849 there is a set of commands that allow you to search back through
850 the trail and retrieve any previous result.
852 Calc commands use the digits, letters, and punctuation keys.
853 Shifted (i.e., upper-case) letters are different from lowercase
854 letters.  Some letters are @dfn{prefix} keys that begin two-letter
855 commands.  For example, @kbd{e} means ``enter exponent'' and shifted
856 @kbd{E} means @cite{e^x}.  With the @kbd{d} (``display modes'') prefix
857 the letter ``e'' takes on very different meanings:  @kbd{d e} means
858 ``engineering notation'' and @kbd{d E} means ``@dfn{eqn} language mode.''
860 There is nothing stopping you from switching out of the Calc
861 window and back into your editing window, say by using the Emacs
862 @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window}) command.  When the cursor is
863 inside a regular window, Emacs acts just like normal.  When the
864 cursor is in the Calc stack or trail windows, keys are interpreted
865 as Calc commands.
867 When you quit by pressing @kbd{M-# c} a second time, the Calculator
868 windows go away but the actual Stack and Trail are not gone, just
869 hidden.  When you press @kbd{M-# c} once again you will get the
870 same stack and trail contents you had when you last used the
871 Calculator.
873 The Calculator does not remember its state between Emacs sessions.
874 Thus if you quit Emacs and start it again, @kbd{M-# c} will give you
875 a fresh stack and trail.  There is a command (@kbd{m m}) that lets
876 you save your favorite mode settings between sessions, though.
877 One of the things it saves is which user interface (standard or
878 Keypad) you last used; otherwise, a freshly started Emacs will
879 always treat @kbd{M-# M-#} the same as @kbd{M-# c}.
881 The @kbd{q} key is another equivalent way to turn the Calculator off.
883 If you type @kbd{M-# b} first and then @kbd{M-# c}, you get a
884 full-screen version of Calc (@code{full-calc}) in which the stack and
885 trail windows are still side-by-side but are now as tall as the whole
886 Emacs screen.  When you press @kbd{q} or @kbd{M-# c} again to quit,
887 the file you were editing before reappears.  The @kbd{M-# b} key
888 switches back and forth between ``big'' full-screen mode and the
889 normal partial-screen mode.
891 Finally, @kbd{M-# o} (@code{calc-other-window}) is like @kbd{M-# c}
892 except that the Calc window is not selected.  The buffer you were
893 editing before remains selected instead.  @kbd{M-# o} is a handy
894 way to switch out of Calc momentarily to edit your file; type
895 @kbd{M-# c} to switch back into Calc when you are done.
897 @node Quick Mode Overview, Keypad Mode Overview, The Standard Interface, Using Calc
898 @subsection Quick Mode (Overview)
900 @noindent
901 @dfn{Quick Mode} is a quick way to use Calc when you don't need the
902 full complexity of the stack and trail.  To use it, type @kbd{M-# q}
903 (@code{quick-calc}) in any regular editing buffer.
905 Quick Mode is very simple:  It prompts you to type any formula in
906 standard algebraic notation (like @samp{4 - 2/3}) and then displays
907 the result at the bottom of the Emacs screen (@i{3.33333333333}
908 in this case).  You are then back in the same editing buffer you
909 were in before, ready to continue editing or to type @kbd{M-# q}
910 again to do another quick calculation.  The result of the calculation
911 will also be in the Emacs ``kill ring'' so that a @kbd{C-y} command
912 at this point will yank the result into your editing buffer.
914 Calc mode settings affect Quick Mode, too, though you will have to
915 go into regular Calc (with @kbd{M-# c}) to change the mode settings.
917 @c [fix-ref Quick Calculator mode]
918 @xref{Quick Calculator}, for further information.
920 @node Keypad Mode Overview, Standalone Operation, Quick Mode Overview, Using Calc
921 @subsection Keypad Mode (Overview)
923 @noindent
924 @dfn{Keypad Mode} is a mouse-based interface to the Calculator.
925 It is designed for use with terminals that support a mouse.  If you
926 don't have a mouse, you will have to operate keypad mode with your
927 arrow keys (which is probably more trouble than it's worth).  Keypad
928 mode is currently not supported under Emacs 19.
930 Type @kbd{M-# k} to turn Keypad Mode on or off.  Once again you
931 get two new windows, this time on the righthand side of the screen
932 instead of at the bottom.  The upper window is the familiar Calc
933 Stack; the lower window is a picture of a typical calculator keypad.
935 @tex
936 \dimen0=\pagetotal%
937 \advance \dimen0 by 24\baselineskip%
938 \ifdim \dimen0>\pagegoal \vfill\eject \fi%
939 \medskip
940 @end tex
941 @smallexample
942                                         |--- Emacs Calculator Mode ---
943                                         |2:  17.3
944                                         |1:  -5
945                                         |    .
946                                         |--%%-Calc: 12 Deg       (Calcul
947                                         |----+-----Calc 2.00-----+----1
948                                         |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
949                                         |----+----+----+----+----+----|
950                                         | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
951                                         |----+----+----+----+----+----|
952                                         |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
953                                         |----+----+----+----+----+----|
954                                         |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
955                                         |-----+---+-+--+--+-+---++----|
956                                         | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
957                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
958                                         | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
959                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
960                                         |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
961                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
962                                         | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
963                                         |-----+-----+-----+-----+-----+
964 @end smallexample
966 Keypad Mode is much easier for beginners to learn, because there
967 is no need to memorize lots of obscure key sequences.  But not all
968 commands in regular Calc are available on the Keypad.  You can
969 always switch the cursor into the Calc stack window to use
970 standard Calc commands if you need.  Serious Calc users, though,
971 often find they prefer the standard interface over Keypad Mode.
973 To operate the Calculator, just click on the ``buttons'' of the
974 keypad using your left mouse button.  To enter the two numbers
975 shown here you would click @w{@kbd{1 7 .@: 3 ENTER 5 +/- ENTER}}; to
976 add them together you would then click @kbd{+} (to get 12.3 on
977 the stack).
979 If you click the right mouse button, the top three rows of the
980 keypad change to show other sets of commands, such as advanced
981 math functions, vector operations, and operations on binary
982 numbers.
984 Because Keypad Mode doesn't use the regular keyboard, Calc leaves
985 the cursor in your original editing buffer.  You can type in
986 this buffer in the usual way while also clicking on the Calculator
987 keypad.  One advantage of Keypad Mode is that you don't need an
988 explicit command to switch between editing and calculating.
990 If you press @kbd{M-# b} first, you get a full-screen Keypad Mode
991 (@code{full-calc-keypad}) with three windows:  The keypad in the lower
992 left, the stack in the lower right, and the trail on top.
994 @c [fix-ref Keypad Mode]
995 @xref{Keypad Mode}, for further information.
997 @node Standalone Operation, Embedded Mode Overview, Keypad Mode Overview, Using Calc
998 @subsection Standalone Operation
1000 @noindent
1001 @cindex Standalone Operation
1002 If you are not in Emacs at the moment but you wish to use Calc,
1003 you must start Emacs first.  If all you want is to run Calc, you
1004 can give the commands:
1006 @example
1007 emacs -f full-calc
1008 @end example
1010 @noindent
1013 @example
1014 emacs -f full-calc-keypad
1015 @end example
1017 @noindent
1018 which run a full-screen Calculator (as if by @kbd{M-# b M-# c}) or
1019 a full-screen X-based Calculator (as if by @kbd{M-# b M-# k}).
1020 In standalone operation, quitting the Calculator (by pressing
1021 @kbd{q} or clicking on the keypad @key{EXIT} button) quits Emacs
1022 itself.
1024 @node Embedded Mode Overview, Other M-# Commands, Standalone Operation, Using Calc
1025 @subsection Embedded Mode (Overview)
1027 @noindent
1028 @dfn{Embedded Mode} is a way to use Calc directly from inside an
1029 editing buffer.  Suppose you have a formula written as part of a
1030 document like this:
1032 @smallexample
1033 @group
1034 The derivative of
1036                                    ln(ln(x))
1039 @end group
1040 @end smallexample
1042 @noindent
1043 and you wish to have Calc compute and format the derivative for
1044 you and store this derivative in the buffer automatically.  To
1045 do this with Embedded Mode, first copy the formula down to where
1046 you want the result to be:
1048 @smallexample
1049 @group
1050 The derivative of
1052                                    ln(ln(x))
1056                                    ln(ln(x))
1057 @end group
1058 @end smallexample
1060 Now, move the cursor onto this new formula and press @kbd{M-# e}.
1061 Calc will read the formula (using the surrounding blank lines to
1062 tell how much text to read), then push this formula (invisibly)
1063 onto the Calc stack.  The cursor will stay on the formula in the
1064 editing buffer, but the buffer's mode line will change to look
1065 like the Calc mode line (with mode indicators like @samp{12 Deg}
1066 and so on).  Even though you are still in your editing buffer,
1067 the keyboard now acts like the Calc keyboard, and any new result
1068 you get is copied from the stack back into the buffer.  To take
1069 the derivative, you would type @kbd{a d x @key{RET}}.
1071 @smallexample
1072 @group
1073 The derivative of
1075                                    ln(ln(x))
1079 1 / ln(x) x
1080 @end group
1081 @end smallexample
1083 To make this look nicer, you might want to press @kbd{d =} to center
1084 the formula, and even @kbd{d B} to use ``big'' display mode.
1086 @smallexample
1087 @group
1088 The derivative of
1090                                    ln(ln(x))
1093 % [calc-mode: justify: center]
1094 % [calc-mode: language: big]
1096                                        1
1097                                     -------
1098                                     ln(x) x
1099 @end group
1100 @end smallexample
1102 Calc has added annotations to the file to help it remember the modes
1103 that were used for this formula.  They are formatted like comments
1104 in the @TeX{} typesetting language, just in case you are using @TeX{}.
1105 (In this example @TeX{} is not being used, so you might want to move
1106 these comments up to the top of the file or otherwise put them out
1107 of the way.)
1109 As an extra flourish, we can add an equation number using a
1110 righthand label:  Type @kbd{d @} (1) @key{RET}}.
1112 @smallexample
1113 @group
1114 % [calc-mode: justify: center]
1115 % [calc-mode: language: big]
1116 % [calc-mode: right-label: " (1)"]
1118                                        1
1119                                     -------                      (1)
1120                                     ln(x) x
1121 @end group
1122 @end smallexample
1124 To leave Embedded Mode, type @kbd{M-# e} again.  The mode line
1125 and keyboard will revert to the way they were before.  (If you have
1126 actually been trying this as you read along, you'll want to press
1127 @kbd{M-# 0} [with the digit zero] now to reset the modes you changed.)
1129 The related command @kbd{M-# w} operates on a single word, which
1130 generally means a single number, inside text.  It uses any
1131 non-numeric characters rather than blank lines to delimit the
1132 formula it reads.  Here's an example of its use:
1134 @smallexample
1135 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
1136 @end smallexample
1138 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{M-# w} to enable
1139 Embedded Mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
1140 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
1141 then @w{@kbd{M-# w}} again to exit Embedded mode.
1143 @smallexample
1144 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
1145 @end smallexample
1147 @c [fix-ref Embedded Mode]
1148 @xref{Embedded Mode}, for full details.
1150 @node Other M-# Commands, , Embedded Mode Overview, Using Calc
1151 @subsection Other @kbd{M-#} Commands
1153 @noindent
1154 Two more Calc-related commands are @kbd{M-# g} and @kbd{M-# r},
1155 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
1156 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
1157 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
1158 cursor or ``point'' placed at the other.
1160 The @kbd{M-# g} command reads the region in the usual left-to-right,
1161 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
1162 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
1163 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
1164 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
1165 @kbd{C-u M-# g} interprets the region as a single number or
1166 formula.
1168 The @kbd{M-# r} command reads a rectangle, with the point and
1169 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
1170 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
1172 Complementary to these is @kbd{M-# y}, which ``yanks'' the
1173 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
1174 If you type @w{@kbd{M-# y}} while in such a buffer, the value is
1175 yanked at the current position.  If you type @kbd{M-# y} while
1176 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
1177 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
1178 to be visible in order to use this command, as long as there
1179 is something on the Calc stack.
1181 Here, for reference, is the complete list of @kbd{M-#} commands.
1182 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
1183 following @kbd{M-#}.
1185 @noindent
1186 Commands for turning Calc on and off:
1188 @table @kbd
1189 @item #
1190 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1192 @item C
1193 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1194 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1195 in the Calc window, move the cursor into the window.
1197 @item O
1198 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1199 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1200 move it out of that window.
1202 @item B
1203 Control whether @kbd{M-# c} and @kbd{M-# k} use the full screen.
1205 @item Q
1206 Use Quick Mode for a single short calculation.
1208 @item K
1209 Turn Calc Keypad mode on or off.
1211 @item E
1212 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1214 @item J
1215 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1217 @item W
1218 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1220 @item Z
1221 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1223 @item X
1224 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1225 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1226 @end table
1227 @iftex
1228 @sp 2
1229 @end iftex
1231 @noindent
1232 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1234 @table @kbd
1235 @item G
1236 Grab the region into the Calculator as a vector.
1238 @item R
1239 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1241 @item :
1242 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1244 @item _
1245 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1247 @item Y
1248 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1249 @end table
1250 @iftex
1251 @sp 2
1252 @end iftex
1254 @noindent
1255 Commands for use with Embedded Mode:
1257 @table @kbd
1258 @item A
1259 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1260 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1261 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1263 @item D
1264 Duplicate the current formula immediately below and select
1265 the duplicate.
1267 @item F
1268 Insert a new formula at the current point.
1270 @item N
1271 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1273 @item P
1274 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1276 @item U
1277 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1279 @item `
1280 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1281 @end table
1282 @iftex
1283 @sp 2
1284 @end iftex
1286 @noindent
1287 Miscellaneous commands:
1289 @table @kbd
1290 @item I
1291 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1292 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1294 @item T
1295 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1297 @item S
1298 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1300 @item L
1301 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1302 are loaded only as they are needed.)
1304 @item M
1305 Read a region of written keystroke names (like @kbd{C-n a b c @key{RET}})
1306 and record them as the current keyboard macro.
1308 @item 0
1309 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1310 its default state:  Empty stack, and default mode settings.
1311 With any prefix argument, reset everything but the stack.
1312 @end table
1314 @node History and Acknowledgements, , Using Calc, Getting Started
1315 @section History and Acknowledgements
1317 @noindent
1318 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1319 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1320 the value of @c{$2^{32}$}
1321 @cite{2^32}.  I didn't offhand, but I said, ``that's
1322 easy, just call up an @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported
1323 that the answer to our question was @samp{4.294967e+09}---with no way to
1324 see the full ten digits even though we knew they were there in the
1325 program's memory!  I was so annoyed, I vowed to write a calculator
1326 of my own, once and for all.
1328 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1329 and b) because, being only a text editor extension language after
1330 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1331 got too far out of hand.
1333 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1334 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1335 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1337 Emacs Lisp doesn't have built-in floating point math, so it had to be
1338 simulated in software.  In fact, Emacs integers will only comfortably
1339 fit six decimal digits or so---not enough for a decent calculator.  So
1340 I had to write my own high-precision integer code as well, and once I had
1341 this I figured that arbitrary-size integers were just as easy as large
1342 integers.  Arbitrary floating-point precision was the logical next step.
1343 Also, since the large integer arithmetic was there anyway it seemed only
1344 fair to give the user direct access to it, which in turn made it practical
1345 to support fractions as well as floats.  All these features inspired me
1346 to look around for other data types that might be worth having.
1348 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1349 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1350 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I decided
1351 that these would be good for Calc to have, too.  And once things had
1352 gone this far, I figured I might as well take a look at serious algebra
1353 systems like Mathematica, Macsyma, and Maple for further ideas.  Since
1354 these systems did far more than I could ever hope to implement, I decided
1355 to focus on rewrite rules and other programming features so that users
1356 could implement what they needed for themselves.
1358 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1359 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1360 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1362 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1363 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1364 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1366 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1367 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1368 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1369 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1370 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1371 algebra system for microcomputers.
1373 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1374 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1375 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1376 rules, and many other algebra features; @c{Fran\c cois}
1377 @asis{Francois} Pinard, who contributed
1378 an early prototype of the Calc Summary appendix as well as providing
1379 valuable suggestions in many other areas of Calc; Carl Witty, whose eagle
1380 eyes discovered many typographical and factual errors in the Calc manual;
1381 Tim Kay, who drove the development of Embedded mode; Ove Ewerlid, who
1382 made many suggestions relating to the algebra commands and contributed
1383 some code for polynomial operations; Randal Schwartz, who suggested the
1384 @code{calc-eval} function; Robert J. Chassell, who suggested the Calc
1385 Tutorial and exercises; and Juha Sarlin, who first worked out how to split
1386 Calc into quickly-loading parts.  Bob Weiner helped immensely with the
1387 Lucid Emacs port.
1389 @cindex Bibliography
1390 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1391 @cindex Numerical Recipes
1392 @c Should these be expanded into more complete references?
1393 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1394 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1395 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1396 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis for
1397 the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham, Knuth,
1398 and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the @emph{CRC
1399 Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and Abramowitz and
1400 Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical Functions}.  I
1401 consulted the user's manuals for the HP-28 and HP-48 calculators, as
1402 well as for the programs Mathematica, SMP, Macsyma, Maple, MathCAD,
1403 Gnuplot, and others.  Also, of course, Calc could not have been written
1404 without the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil
1405 Lewis and Dan LaLiberte.
1407 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1408 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1409 finished in two weeks.
1411 @c [tutorial]
1413 @ifinfo
1414 @c This node is accessed by the `M-# t' command.
1415 @node Interactive Tutorial, , , Top
1416 @chapter Tutorial
1418 @noindent
1419 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1421 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1422 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1423 for this).
1425 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1426 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1427 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1428 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1430 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1431 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1432 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1433 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1434 @kbd{l} to return to where you were before.
1436 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1438 Press @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1440 @menu
1441 * Tutorial::
1442 @end menu
1443 @end ifinfo
1445 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1446 @chapter Tutorial
1448 @noindent
1449 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1450 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1451 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1452 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1453 @c [not-split]
1454 to skip on to the rest of this manual.
1455 @c [when-split]
1456 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1458 @c [fix-ref Embedded Mode]
1459 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1460 The ``Quick Mode'' and ``Keypad Mode'' interfaces are fairly
1461 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1462 the ``Embedded Mode'' interface.
1464 @ifinfo
1465 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1466 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1467 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1468 @kbd{M-# c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1469 press @kbd{M-# i} to start the Info system or to switch into its window.
1470 Or, you may prefer to use the tutorial in printed form.
1471 @end ifinfo
1472 @iftex
1473 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1474 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1475 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1476 @kbd{M-# c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1477 press @kbd{M-# i} to start the Info system or to switch into its window.
1478 @end iftex
1480 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1481 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1482 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1483 general areas.
1485 @ifinfo
1486 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1487 it as you learn Calc.  @xref{Installation}, to see how to make a printed
1488 summary.  @xref{Summary}.
1489 @end ifinfo
1490 @iftex
1491 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1492 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1493 Calc.
1494 @end iftex
1496 @menu
1497 * Basic Tutorial::
1498 * Arithmetic Tutorial::
1499 * Vector/Matrix Tutorial::
1500 * Types Tutorial::
1501 * Algebra Tutorial::
1502 * Programming Tutorial::
1504 * Answers to Exercises::
1505 @end menu
1507 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1508 @section Basic Tutorial
1510 @noindent
1511 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1512 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1513 to control various modes of the Calculator.
1515 @menu
1516 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1517 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1518 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1519 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1520 @end menu
1522 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1523 @subsection RPN Calculations and the Stack
1525 @cindex RPN notation
1526 @ifinfo
1527 @noindent
1528 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1529 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1530 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1531 Jan Lukasiewicz.)
1532 @end ifinfo
1533 @tex
1534 \noindent
1535 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1536 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1537 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1538 Jan \L ukasiewicz.)
1539 @end tex
1541 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1542 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1543 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1544 from the top of the stack.
1546 @cindex Operators
1547 @cindex Operands
1548 In an operation like @cite{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1549 and the @cite{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1550 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1551 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1552 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1553 number of operands from the stack and pushes back the result.
1555 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1556 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1557 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1558 you wish; type @kbd{M-# c} to switch into the Calc window (you can type
1559 @kbd{M-# c} again or @kbd{M-# o} to switch back to the Tutorial window).
1560 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1561 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1562 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1563 will look at various points throughout the calculation:@refill
1565 @smallexample
1566 @group
1567     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1568                    .          1:  3              .
1569                                   .
1571   M-# c          2 @key{RET}          3 @key{RET}            +             @key{DEL}
1572 @end group
1573 @end smallexample
1575 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1576 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1577 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1578 less distracting in regular use.
1580 @cindex Stack levels
1581 @cindex Levels of stack
1582 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1583 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1584 @cite{x}, @cite{y}, @cite{z}, and @cite{t}.  Calc's stack can grow
1585 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1586 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1587 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1588 work on the top few levels of the stack.@refill
1590 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1591 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1592 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1593 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1594 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1595 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1596 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1597 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1598 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1599 if you are interested.
1601 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1602 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1603 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1604 automatically enters that number and then does the requested command.
1605 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.@refill
1607 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1608 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1610 @smallexample
1611 @group
1612 1:  2          2:  2          1:  5
1613     .          1:  3              .
1614                    .
1616   2 @key{RET}            3              +
1617 @end group
1618 @end smallexample
1620 @noindent
1621 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1622 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1623 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1625 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1626 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1627 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1628 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1629 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1630 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1631 return to where you were.)
1633 @noindent
1634 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1635 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1636 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1637 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1639 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute @c{$(2\times4) + (7\times9.4) + {5\over4}$}
1640 @cite{2*4 + 7*9.5 + 5/4} using the
1641 stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1643 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1644 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1645 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1646 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1647 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1648 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1649 results of the previous example at the beginning of a new example.
1650 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1651 clear away old results, the text will remind you to do so.
1653 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1654 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1655 spend a long time reformatting such a large stack.)
1657 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1658 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1659 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1660 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1661 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1663 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1664 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1665 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1667 @cindex Duplicating a stack entry
1668 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1669 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1671 @smallexample
1672 @group
1673 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1674     .          1:  3              .          1:  9              .
1675                    .                             .
1677   3 @key{RET}           @key{RET}             *             @key{RET}             *
1678 @end group
1679 @end smallexample
1681 @noindent
1682 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1683 to raise 3 to the fourth power.)
1685 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1686 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1687 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1689 @cindex Exchanging stack entries
1690 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1691 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1692 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1693 was @cite{20 / (2+3)}.
1695 @smallexample
1696 @group
1697 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1698     .          1:  20         1:  5              .
1699                    .              .
1701  2 @key{RET} 3 +         20            @key{TAB}             /
1702 @end group
1703 @end smallexample
1705 @noindent
1706 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1708 @smallexample
1709 @group
1710 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1711     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1712                    .          1:  3              .
1713                                   .
1715   20 @key{RET}         2 @key{RET}            3              +              /
1716 @end group
1717 @end smallexample
1719 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1720 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1721 bringing the object in level 3 to the top.
1723 @smallexample
1724 @group
1725 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1726     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1727                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1728                                   .              .              .
1730   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
1731 @end group
1732 @end smallexample
1734 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1735 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1736 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1737 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1739 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1740 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1741 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1742 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1744 @smallexample
1745 @group
1746 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1747     .              .          1:  16             .              .
1748                                   .
1750   3 @key{RET}          @key{RET} *        4 @key{RET} @key{RET} *        +              Q
1751 @end group
1752 @end smallexample
1754 @noindent
1755 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1756 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1758 @cindex Pythagorean Theorem
1759 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1760 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1761 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1762 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1764 @smallexample
1765 @group
1766 1:  3          2:  3          1:  5
1767     .          1:  4              .
1768                    .
1770   3 @key{RET}          4 @key{RET}      M-x calc-hypot
1771 @end group
1772 @end smallexample
1774 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1775 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1776 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1777 prefix for you:
1779 @smallexample
1780 @group
1781 1:  3          2:  3          1:  5
1782     .          1:  4              .
1783                    .
1785   3 @key{RET}          4 @key{RET}         x hypot
1786 @end group
1787 @end smallexample
1789 What happens if you take the square root of a negative number?
1791 @smallexample
1792 @group
1793 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
1794     .              .              .
1796   4 @key{RET}            n              Q
1797 @end group
1798 @end smallexample
1800 @noindent
1801 The notation @cite{(a, b)} represents a complex number.
1802 Complex numbers are more traditionally written @c{$a + b i$}
1803 @cite{a + b i};
1804 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
1805 @cite{(a, b)} notation.
1807 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
1808 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
1809 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
1810 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
1811 complex result.)
1813 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
1814 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
1816 @smallexample
1817 @group
1818 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
1819     .          1:  2              .              3              .
1820                    .                             .
1822     (              2              ,              3              )
1823 @end group
1824 @end smallexample
1826 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
1827 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
1829 @smallexample
1830 @group
1831 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
1832     .          1:  2          2:  2              5              5
1833                    .          1:  3              .              .
1834                                   .
1835                                                              (error)
1836     (             2 @key{RET}           3              +              +
1837 @end group
1838 @end smallexample
1840 @noindent
1841 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
1842 produces an error message and leaves the stack the same.
1844 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
1845 moved around by the regular stack commands.
1847 @smallexample
1848 @group
1849 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
1850 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
1851     .          1:  ( ...      1:  2              3
1852                    .              .              .
1854 2 @key{RET} 3 @key{RET}        (            M-@key{TAB}          M-@key{TAB}            )
1855 @end group
1856 @end smallexample
1858 @noindent
1859 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
1860 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
1861 entry and the top are collected, so there's never really a reason
1862 to use the comma.  It's up to you.
1864 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @cite{(2, 3)},
1865 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
1866 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
1867 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
1868 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
1870 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
1871 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
1872 the tutorial.
1874 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
1875 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
1876 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
1877 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
1878 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
1879 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
1880 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
1882 @smallexample
1883 @group
1884 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
1885     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
1886                    .          1:  30         1:  30
1887                                   .              .
1889   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u 3            +
1890 @end group
1891 @end smallexample
1893 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
1894 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
1895 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
1896 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
1897 the second-to-top element of the stack:
1899 @smallexample
1900 @group
1901 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
1902     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
1903                    .          1:  30         1:  30         2:  30
1904                                   .              .          1:  20
1905                                                                 .
1907   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u -2          @key{RET}
1908 @end group
1909 @end smallexample
1911 @cindex Clearing the stack
1912 @cindex Emptying the stack
1913 Another common idiom is @kbd{M-0 @key{DEL}}, which clears the stack.
1914 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
1915 entire stack.)
1917 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
1918 @subsection Algebraic-Style Calculations
1920 @noindent
1921 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
1922 Calculator in ``algebraic mode,'' which is closer to the way
1923 non-RPN calculators work.  In algebraic mode, you enter formulas
1924 in traditional @cite{2+3} notation.
1926 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
1927 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
1928 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
1929 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
1930 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
1931 computation as a formula, read the result from the stack, then press
1932 @key{DEL} to delete it from the stack.
1934 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
1935 The result should be the number 9.
1937 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
1938 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
1939 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
1940 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
1941 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
1943 @example
1944 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
1945 @end example
1947 @noindent
1948 is equivalent to
1950 @example
1951 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
1952 @end example
1954 @noindent
1955 or, in large mathematical notation,
1957 @ifinfo
1958 @example
1959 @group
1960     3 * 4 * 5
1961 2 + --------- - 9
1962           8
1963      6 * 7
1964 @end group
1965 @end example
1966 @end ifinfo
1967 @tex
1968 \turnoffactive
1969 \beforedisplay
1970 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
1971 \afterdisplay
1972 @end tex
1974 @noindent
1975 The result of this expression will be the number @i{-6.99999826533}.
1977 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
1978 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
1979 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
1980 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
1982 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
1983 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
1984 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @i{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
1985 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
1987 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is an
1988 ``algebraic mode'' you can select in which Calc automatically senses
1989 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
1990 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
1991 should appear in the Calc window's mode line.)
1993 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
1995 In algebraic mode, when you press any key that would normally begin
1996 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
1997 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
1998 an algebraic entry.
2000 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
2001 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
2002 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
2003 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
2004 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
2006 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
2007 be @cite{0.16227766017}.
2009 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
2010 the apostrophe even if you are in algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
2011 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
2012 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
2013 rule to use!
2015 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
2016 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
2017 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
2019 Still in algebraic mode, type:
2021 @smallexample
2022 @group
2023 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
2024     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
2025                    .                             .
2027  (2,3) @key{RET}      (1,-2) @key{RET}        *              1 @key{RET}          +
2028 @end group
2029 @end smallexample
2031 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
2032 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
2033 after every entry, even for a simple number like @cite{1}.
2035 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special ``incomplete algebraic
2036 mode'' in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
2037 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
2038 a ``total algebraic mode,'' started by typing @kbd{m t}, in which all
2039 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
2040 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of total algebraic
2041 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.)
2043 If you're still in algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
2045 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
2046 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
2047 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
2048 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
2049 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
2050 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
2051 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
2052 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
2053 of the stack.  Here, we perform the calculation @c{$\sqrt{2\times4+1}$}
2054 @cite{sqrt(2*4+1)},
2055 which on a traditional calculator would be done by pressing
2056 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
2058 @smallexample
2059 @group
2060 1:  8          1:  9          1:  3
2061     .              .              .
2063   ' 2*4 @key{RET}        $+1 @key{RET}        Q
2064 @end group
2065 @end smallexample
2067 @noindent
2068 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
2069 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
2071 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
2072 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
2073 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
2074 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2076 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
2077 entries.  For example, @kbd{' $$+$ @key{RET}} is just like typing @kbd{+}.
2079 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
2080 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
2081 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
2082 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
2083 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
2084 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
2085 or more letters or digits, beginning with a letter.
2087 @smallexample
2088 @group
2089 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
2090     .                             .              .
2092     17          s t a @key{RET}      ' a+a^2 @key{RET}       =
2093 @end group
2094 @end smallexample
2096 @noindent
2097 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
2098 variables by the values that were stored in them.
2100 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
2101 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
2102 or by using the @kbd{s r} command.
2104 @smallexample
2105 @group
2106 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
2107     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
2108                    .          1:  2              .
2109                                   .
2111   s r a @key{RET}     ' a @key{RET} =         2              ^              +
2112 @end group
2113 @end smallexample
2115 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
2116 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
2117 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
2118 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
2119 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
2120 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
2122 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
2123 values are left alone, even when you evaluate the formula.
2125 @smallexample
2126 @group
2127 1:  2 a + 2 b     1:  34 + 2 b
2128     .                 .
2130  ' 2a+2b @key{RET}          =
2131 @end group
2132 @end smallexample
2134 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
2135 alone, as are calls for which the value is undefined.
2137 @smallexample
2138 @group
2139 1:  2 + log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3)
2140     .
2142  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) @key{RET}
2143 @end group
2144 @end smallexample
2146 @noindent
2147 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
2148 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
2149 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
2150 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
2151 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
2152 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
2153 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
2154 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
2155 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
2156 automatically displays the first message only if the message is
2157 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
2158 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
2159 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
2160 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
2162 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
2163 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
2164 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
2165 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
2166 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2168 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
2169 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
2170 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
2172 One interesting way to work with variables is to use the
2173 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
2174 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
2175 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
2176 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
2177 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
2178 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
2179 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
2181 @smallexample
2182 @group
2183 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
2184 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
2185     .                                  .
2187 ' 2+3 => @key{RET}  ' 2a+2b @key{RET} s =          10 s t a @key{RET}
2188 @end group
2189 @end smallexample
2191 @noindent
2192 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2193 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @cite{a}
2194 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2195 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2196 to see the effects on the formulas' values.
2198 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2200 @smallexample
2201 @group
2202 2:  2 + 5 => 5
2203 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2204     .
2206     s u a @key{RET}
2207 @end group
2208 @end smallexample
2210 We will encounter formulas involving variables and functions again
2211 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2213 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2214 @subsection Undo and Redo
2216 @noindent
2217 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2218 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 @key{DEL}}) and exit
2219 and restart Calc (@kbd{M-# M-# M-# M-#}) to make sure things start off
2220 with a clean slate.  Now:
2222 @smallexample
2223 @group
2224 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2225     .          1:  3              .          1:  3              .
2226                    .                             .
2228    2 @key{RET}           3              ^              U              *
2229 @end group
2230 @end smallexample
2232 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2233 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2234 above example, you could type:
2236 @smallexample
2237 @group
2238 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2239     .          1:  3              .
2240                    .
2241                                                              (error)
2242                    U              U              U              U
2243 @end group
2244 @end smallexample
2246 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2247 mistakenly.
2249 @smallexample
2250 @group
2251     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2252                    .          1:  3              .              .
2253                                   .
2254                                                              (error)
2255                    D              D              D              D
2256 @end group
2257 @end smallexample
2259 @noindent
2260 It was not possible to redo past the @cite{6}, since that was placed there
2261 by something other than an undo command.
2263 @cindex Time travel
2264 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2265 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2266 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2267 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2268 again.  Thus, the inability to redo past the @cite{6} even though there
2269 was an earlier undo command.
2271 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2272 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2273 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2274 press @kbd{t d} now to turn it on.
2276 Let's try grabbing an earlier result.  The @cite{8} we computed was
2277 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2278 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2279 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2280 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2281 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2282 @cite{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2283 stack.
2285 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2286 went into the trail.
2288 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2289 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2290 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2291 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2292 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2293 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2294 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2295 continue the search forwards or backwards as you like.
2297 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2298 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2299 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2300 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2301 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2303 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2304 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2305 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2306 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2307 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2308 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2309 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2310 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2311 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2312 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.  This may
2313 not work under Lucid Emacs, but you can also type @kbd{h h} to
2314 see all the help at once.
2316 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2318 @smallexample
2319 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2320 @end smallexample
2322 @noindent
2323 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2324 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2325 with a single capital letter showing which letter you press to get
2326 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2327 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2328 again to see more @kbd{t}-prefix commands.  Notice that the commands
2329 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2331 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2332 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2333 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2334 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2335 the prefix.
2337 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2338 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2339 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2340 to edit a stack entry.
2342 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2343 @c{$\pi$}
2344 @cite{pi}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2345 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2346 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2347 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2348 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2349 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2350 during entry of a number or algebraic formula.
2352 @node Modes Tutorial, , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2353 @subsection Mode-Setting Commands
2355 @noindent
2356 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2357 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2358 mode, namely algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2359 try some of the most common ones here.
2361 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2362 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2364 @smallexample
2365 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2366 @end smallexample
2368 @noindent
2369 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2370 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2371 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2372 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2373 we get @cite{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2374 leading and trailing zeros.
2376 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2377 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2378 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2380 @smallexample
2381 @group
2382 1:  0.142857142857
2383 2:  0.142857142857142857142857142857
2384     .
2385 @end group
2386 @end smallexample
2388 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2389 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2390 all, the true value @cite{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2391 Calc has to stop somewhere.
2393 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2394 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2396 Calculations always use the current precision.  For example, even
2397 though we have a 30-digit value for @cite{1/7} on the stack, if
2398 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2399 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2400 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2401 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2402 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2404 @smallexample
2405 @group
2406 1:  0.142857142857
2407 2:  0.142857142857142857142857142857
2408 3:  1.14285714286
2409     .
2410 @end group
2411 @end smallexample
2413 @noindent
2414 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2415 digit on the right from even the 12-digit value of @cite{1/7}.
2417 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2418 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2419 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2420 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2421 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2422 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2423 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2424 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2425 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2426 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2427 arithmetic.
2429 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2430 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2431 to convert an integer to floating-point form.
2433 Let's try entering that last calculation:
2435 @smallexample
2436 @group
2437 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2438     .          1:  10000          .
2439                    .
2441   2.0 @key{RET}          10000 @key{RET}      ^
2442 @end group
2443 @end smallexample
2445 @noindent
2446 @cindex Scientific notation, entry of
2447 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2448 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2449 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2450 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2452 @smallexample
2453 @group
2454 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2455     .          1:  10000.         .
2456                    .
2458   2.0 @key{RET}          1e4 @key{RET}        ^
2459 @end group
2460 @end smallexample
2462 @cindex Round-off errors
2463 @noindent
2464 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2465 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2466 exact integer @cite{10000}, but in the second it contained
2467 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2468 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2469 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2470 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2471 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2472 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2473 out:
2475 @smallexample
2476 @group
2477     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2478                    .          1:  10000.         .
2479                                   .
2481  p 16 @key{RET}        2. @key{RET}           1e4            ^    p 12 @key{RET}
2482 @end group
2483 @end smallexample
2485 @noindent
2486 @cindex Guard digits
2487 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2488 calculation using an integer or floating-point power, since we
2489 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2490 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2491 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2492 last place.
2494 @cindex Guard digits
2495 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2496 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2497 In each case, Calc added about two digits of precision during
2498 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2499 afterward.  In one case, it was enough; in the other, it
2500 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2501 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2503 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2504 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2505 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2506 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2507 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2508 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2509 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2510 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2511 onto the stack and try some different display modes.  First,
2512 use @kbd{M-0 @key{DEL}} to clear the stack, then enter the four
2513 numbers shown here:
2515 @smallexample
2516 @group
2517 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2518 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2519 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2520 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2521     .              .              .              .              .
2523    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2524 @end group
2525 @end smallexample
2527 @noindent
2528 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2529 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2530 five significant figures reappeared.  The float format does not
2531 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2532 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2533 of numbers in the Calculator's memory.
2535 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2536 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2537 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2538 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2540 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2541 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2542 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2543 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2544 mode-changing command will appear in the new format.
2546 @smallexample
2547 @group
2548 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2549 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2550 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2551 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2552     .              .              .              .              .
2554     H d s          @key{DEL} U          @key{TAB}            d @key{SPC}          d n
2555 @end group
2556 @end smallexample
2558 @noindent
2559 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2560 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2561 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2562 entries reformats both entries.  The @kbd{d @key{SPC}} command refreshes the
2563 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2564 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2565 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2567 Notice that the integer @cite{12345} was not affected by any
2568 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2569 displayed exactly.
2571 @cindex Large numbers, readability
2572 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2573 the result of @kbd{2^3^4}.
2575 @example
2576 2417851639229258349412352
2577 @end example
2579 @noindent
2580 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2582 @example
2583 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2584 @end example
2586 @noindent
2587 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2588 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2589 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2591 @example
2592 24178,51639,22925,83494,12352
2593 @end example
2595 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2596 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2597 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2599 @example
2600 24,17851,63922.9258349412352
2601 @end example
2603 @noindent
2604 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2605 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2607 @example
2608 24,17851,63922.92583,49412,352
2609 @end example
2611 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2612 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2614 @example
2615 24 17851 63922.92583 49412 352
2616 @end example
2618 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2619 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2620 restore the default precision.
2622 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2623 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2624 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2625 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2627 @example
2628 16#200000000000000000000
2629 @end example
2631 @noindent
2632 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2633 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2634 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2635 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2636 form:
2638 @example
2639 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2640 @end example
2642 @noindent
2643 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2644 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2645 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2646 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2647 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2648 stack in a separate window.  (Press @kbd{M-# M-#} when you are done.)
2650 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2651 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2652 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2653 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2654 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2656 @example
2657 2#101,1111,1110
2658 @end example
2660 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2661 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2662 other radix.
2664 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2666 @example
2667 1,534
2668 @end example
2670 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2671 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2672 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2673 to integers, fractions, and floats.
2675 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2676 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2677 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2678 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2679 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2680 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2681 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2682 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2683 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2685 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2686 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2687 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2688 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2689 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2690 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2691 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2692 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2694 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2695 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2696 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2697 the way they are actually computed.
2699 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2700 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2701 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2702 angle is measured in degrees.  For example,
2704 @smallexample
2705 @group
2706 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2707     .              .                    .                     .
2709     45             S                    2 ^                   c 1
2710 @end group
2711 @end smallexample
2713 @noindent
2714 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2715 of 45 degrees is @c{$\sqrt{2}/2$}
2716 @cite{sqrt(2)/2}; squaring this yields @cite{2/4 = 0.5}.
2717 However, there has been a slight roundoff error because the
2718 representation of @c{$\sqrt{2}/2$}
2719 @cite{sqrt(2)/2} wasn't exact.  The @kbd{c 1}
2720 command is a handy way to clean up numbers in this case; it
2721 temporarily reduces the precision by one digit while it
2722 re-rounds the number on the top of the stack.
2724 @cindex Roundoff errors, examples
2725 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2726 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2727 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2728 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2730 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2731 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2732 @c{$\pi\over4$}
2733 @cite{pi/4} radians.  To get @c{$\pi$}
2734 @cite{pi}, press the @kbd{P} key.  (Once
2735 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2736 @kbd{p} sets the precision.)
2738 @smallexample
2739 @group
2740 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2741     .                   .                .
2743     P                   4 /       m r    S
2744 @end group
2745 @end smallexample
2747 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2748 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2750 @smallexample
2751 @group
2752 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2753     .                    .                    .
2755     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2756 @end group
2757 @end smallexample
2759 @noindent
2760 Here we compute the Inverse Sine of @c{$\sqrt{0.5}$}
2761 @cite{sqrt(0.5)}, first in
2762 radians, then in degrees.
2764 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2765 and vice-versa.
2767 @smallexample
2768 @group
2769 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2770     .              .                      .
2772     45             c r                    c d
2773 @end group
2774 @end smallexample
2776 Another interesting mode is @dfn{fraction mode}.  Normally,
2777 dividing two integers produces a floating-point result if the
2778 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2779 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2780 number, instead.
2782 @smallexample
2783 @group
2784 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2785 1:  9              .                    .
2786     .
2788  12 @key{RET} 9          /          m f       U /      m f
2789 @end group
2790 @end smallexample
2792 @noindent
2793 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2794 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
2796 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
2797 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
2798 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
2799 elements.)  Calculations involving fractions will always
2800 produce exact fractional results; fraction mode only says
2801 what to do when dividing two integers.
2803 @cindex Fractions vs. floats
2804 @cindex Floats vs. fractions
2805 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
2806 why would you ever use floating-point numbers instead?
2807 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
2809 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
2810 In the above example, we had to Undo the division and do it over
2811 again when we changed to fraction mode.  But if you use the
2812 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
2813 recompute for you.
2815 @smallexample
2816 @group
2817 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
2818     .                              .                      .
2820    ' 12/9 => @key{RET}                   p 4 @key{RET}                m f
2821 @end group
2822 @end smallexample
2824 @noindent
2825 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
2826 on the stack is recomputed when we change the precision, then
2827 again when we change to fraction mode.  All @samp{=>} expressions
2828 on the stack are recomputed every time you change any mode that
2829 might affect their values.
2831 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
2832 @section Arithmetic Tutorial
2834 @noindent
2835 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
2836 available in the Calculator.
2838 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
2839 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
2840 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
2841 change-sign and reciprocal operations, respectively.
2843 @smallexample
2844 @group
2845 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
2846     .              .              .              .              .
2848     5              &              &              n              n
2849 @end group
2850 @end smallexample
2852 @cindex Binary operators
2853 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
2854 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
2855 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
2856 a negative prefix.
2858 @smallexample
2859 @group
2860 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
2861 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
2862 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
2863     .                             .          1:  10             .
2864                                                  .
2866 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
2867 @end group
2868 @end smallexample
2870 @cindex Unary operators
2871 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
2872 stack entries with a numeric prefix, too.
2874 @smallexample
2875 @group
2876 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
2877 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
2878 1:  4          1:  0.25               1:  4.
2879     .              .                      .
2881 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4      M-3 &                  M-2 &
2882 @end group
2883 @end smallexample
2885 Notice that the results here are left in floating-point form.
2886 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
2887 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
2888 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
2889 integer.
2891 @smallexample
2892 @group
2893 7:  2.         7:  2          7:  2
2894 6:  2.4        6:  2          6:  2
2895 5:  2.5        5:  2          5:  3
2896 4:  2.6        4:  2          4:  3
2897 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
2898 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
2899 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
2900     .              .              .
2902                   M-7 F        U M-7 R
2903 @end group
2904 @end smallexample
2906 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
2907 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
2908 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
2909 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
2910 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
2912 @smallexample
2913 @group
2914 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
2915 1:  100            .          1:  100            .
2916     .                             .
2918 1234 @key{RET} 100       \              U              %
2919 @end group
2920 @end smallexample
2922 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
2924 @smallexample
2925 @group
2926 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
2927 1:  1              .          1:  1              .
2928     .                             .
2930 3.1415 @key{RET} 1       \              U              %
2931 @end group
2932 @end smallexample
2934 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
2935 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
2936 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
2937 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
2938 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2940 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
2941 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
2942 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@cite{e^x}) and @kbd{L} (natural
2943 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
2944 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
2946 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
2947 identity @c{$\sin^2x + \cos^2x = 1$}
2948 @cite{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.  We'll
2949 arbitrarily pick @i{-64} degrees as a good value for @cite{x}.  With
2950 the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
2952 @smallexample
2953 @group
2954 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
2955 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
2956     .              .              .              .
2958  64 n @key{RET} @key{RET}      S              @key{TAB}            C              f h
2959 @end group
2960 @end smallexample
2962 @noindent
2963 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
2964 You can of course do these calculations to any precision you like.)
2966 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
2967 of squares, command.
2969 Another identity is @c{$\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}$}
2970 @cite{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
2971 @smallexample
2972 @group
2974 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
2975 1:  0.43837        .              .
2976     .
2978     U              /              I T
2979 @end group
2980 @end smallexample
2982 A physical interpretation of this calculation is that if you move
2983 @cite{0.89879} units downward and @cite{0.43837} units to the right,
2984 your direction of motion is @i{-64} degrees from horizontal.  Suppose
2985 we move in the opposite direction, up and to the left:
2987 @smallexample
2988 @group
2989 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
2990 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
2991     .              .
2993     U U            M-2 n          /              I T
2994 @end group
2995 @end smallexample
2997 @noindent
2998 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
2999 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
3000 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
3001 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
3002 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
3003 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
3004 to give you a full 360-degree answer.
3006 @smallexample
3007 @group
3008 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
3009 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
3010     .                         1:  0.43837        .
3011                                   .
3013     U U            f T         M-@key{RET} M-2 n       f T            -
3014 @end group
3015 @end smallexample
3017 @noindent
3018 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
3019 point in opposite directions, just as we would expect.
3021 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
3022 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
3023 restores the arguments of the last command to the stack without removing
3024 the command's result.  It is useful in situations like this one,
3025 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
3026 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
3027 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
3028 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
3030 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
3031 except that it is the @emph{difference}
3032 @c{$\cosh^2x - \sinh^2x$}
3033 @cite{cosh(x)^2 - sinh(x)^2} that always equals one.
3034 Let's try to verify this identity.@refill
3036 @smallexample
3037 @group
3038 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
3039 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
3040     .              .              .              .              .
3042  64 n @key{RET} @key{RET}      H C            2 ^            @key{TAB}            H S 2 ^
3043 @end group
3044 @end smallexample
3046 @noindent
3047 @cindex Roundoff errors, examples
3048 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
3049 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
3050 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
3051 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
3052 error.
3054 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
3055 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
3056 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
3057 0.99999, reasonably close to 1.
3059 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
3060 a more reasonable value for @cite{x}!
3062 @cindex Common logarithm
3063 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
3064 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
3065 @cite{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
3066 prefix.
3068 @smallexample
3069 @group
3070 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
3071     .              .              .              .
3073     1000           L              U              H L
3074 @end group
3075 @end smallexample
3077 @noindent
3078 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
3079 and compute a common logarithm instead.
3081 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
3082 value of @var{b}.
3084 @smallexample
3085 @group
3086 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
3087 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
3088     .                                            .
3090  1000 @key{RET} 10       B              H E            H P            B
3091 @end group
3092 @end smallexample
3094 @noindent
3095 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
3096 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
3097 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
3098 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @cite{e}
3099 onto the stack.
3101 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
3102 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
3103 an exact rational result for calculations involving rational numbers
3104 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
3105 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
3106 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
3107 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
3108 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
3109 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
3110 probably wanted was @samp{1e1000}.
3112 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
3113 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
3114 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
3116 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
3117 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
3118 which computes the product of all the integers up to a given number.
3120 @smallexample
3121 @group
3122 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
3123     .              .                     .              .
3125     100            !                     U c f          !
3126 @end group
3127 @end smallexample
3129 @noindent
3130 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
3131 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
3132 of a floating-point number, you get a floating-point result
3133 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
3134 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
3135 in this case).
3137 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
3138 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
3139 @c{$\Gamma(n)$}
3140 @cite{gamma(n)}
3141 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
3143 @smallexample
3144 @group
3145 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
3146 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
3147 1:  5.         1:  120.
3148     .              .
3150                    M-3 !              M-0 @key{DEL} 5.5       f g
3151 @end group
3152 @end smallexample
3154 @noindent
3155 Here we verify the identity @c{$n! = \Gamma(n+1)$}
3156 @cite{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
3158 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}@c{ or $\displaystyle {n \choose m}$}
3159 @asis{} is defined by
3160 @c{$\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}$}
3161 @cite{n!@: / m!@: (n-m)!} for all reals @cite{n} and
3162 @cite{m}.  The intermediate results in this formula can become quite
3163 large even if the final result is small; the @kbd{k c} command computes
3164 a binomial coefficient in a way that avoids large intermediate
3165 values.
3167 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
3168 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
3169 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
3171 @smallexample
3172 @group
3173 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
3174 1:  20             .              .
3175     .
3177  30 @key{RET} 20         k c            k f
3178 @end group
3179 @end smallexample
3181 @noindent
3182 You can verify these prime factors by using @kbd{v u} to ``unpack''
3183 this vector into 8 separate stack entries, then @kbd{M-8 *} to
3184 multiply them back together.  The result is the original number,
3185 30045015.
3187 @cindex Hash tables
3188 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3189 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3190 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3192 @smallexample
3193 @group
3194 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3195     .              .              .
3197     10000          k n            I k n
3198 @end group
3199 @end smallexample
3201 @noindent
3202 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3203 10000.
3205 @c [fix-ref Financial Functions]
3206 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3207 commands that deal with business and financial calculations (functions
3208 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3210 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3211 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3212 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3214 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3215 @section Vector/Matrix Tutorial
3217 @noindent
3218 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3219 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3220 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3221 a vector as a list of objects.
3223 @menu
3224 * Vector Analysis Tutorial::
3225 * Matrix Tutorial::
3226 * List Tutorial::
3227 @end menu
3229 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3230 @subsection Vector Analysis
3232 @noindent
3233 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3234 elements, taken pairwise.
3236 @smallexample
3237 @group
3238 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3239     .             1:  [7, 6, 0]         .
3240                       .
3242     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3243 @end group
3244 @end smallexample
3246 @noindent
3247 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3248 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3249 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3250 vectors so we can easily reuse them later.
3252 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3253 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3254 of the vectors.
3256 @smallexample
3257 @group
3258 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3259 1:  [7, 6, 0]         .
3260     .
3262     r 1 r 2           *
3263 @end group
3264 @end smallexample
3266 @cindex Dot product
3267 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3268 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3269 is interpreted as a line from the origin @cite{(0,0,0)} to the
3270 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3271 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3272 vector.
3274 @smallexample
3275 @group
3276 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3277 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3278 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3279     .                 .
3281     M-@key{RET}             M-2 A          * /             I C
3282 @end group
3283 @end smallexample
3285 @noindent
3286 First we recall the arguments to the dot product command, then
3287 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3288 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3289 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3290 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3291 is about 56 degrees.
3293 @cindex Cross product
3294 @cindex Perpendicular vectors
3295 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3296 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3297 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3298 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3299 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3300 our computation of the angle using the cross product.
3302 @smallexample
3303 @group
3304 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3305 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3306     .          1:  [7, 6, 0]
3307                    .
3309     r 1 r 2        V C  s 3  M-@key{RET}    M-2 A * /                 A I S
3310 @end group
3311 @end smallexample
3313 @noindent
3314 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3315 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3316 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3317 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3319 @c [fix-ref General Mode Commands]
3320 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3321 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3322 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3323 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3324 prefix keys have this property.)
3326 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3327 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3328 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3330 @smallexample
3331 @group
3332 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3333 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3334     .                                 .
3336     r 1 r 3            *          @key{DEL} r 2 r 3            *
3337 @end group
3338 @end smallexample
3340 @cindex Normalizing a vector
3341 @cindex Unit vectors
3342 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3343 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3344 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3345 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3347 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3348 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3349 those positions in the form of a vector, and another list of the
3350 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3351 Find the average position of the particle.
3352 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3354 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3355 @subsection Matrices
3357 @noindent
3358 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3359 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3360 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3361 both methods here:
3363 @smallexample
3364 @group
3365 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3366       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3367     .                             .
3369   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] @key{RET}
3370 @end group
3371 @end smallexample
3373 @noindent
3374 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3376 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3377 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3378 the second example.
3380 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3381 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3382 Row @cite{i}, column @cite{j} of the result is effectively the
3383 dot product of row @cite{i} of the left matrix by column @cite{j}
3384 of the right matrix.
3386 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3387 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3389 @smallexample
3390 @group
3391 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3392       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3393     .
3395     @key{RET} *
3396 @end group
3397 @end smallexample
3399 @noindent
3400 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3401 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3402 been left in symbolic form.
3404 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3406 @smallexample
3407 @group
3408 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3409       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3410 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3411       [ 2, 5 ]                                    .
3412       [ 3, 6 ] ]
3413     .
3415     U v t                   *                     U @key{TAB} *
3416 @end group
3417 @end smallexample
3419 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3420 order of the operands can even change the dimensions of the result
3421 matrix, as happened here!
3423 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3424 single row or column depending on which side of the matrix it is
3425 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3426 as a row or column as appropriate.
3428 @smallexample
3429 @group
3430 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3431       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3432 1:  [1, 2, 3]
3433     .
3435     r 4 r 1                *
3436 @end group
3437 @end smallexample
3439 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3440 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3441 vector.
3443 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3444 of the above @c{$2\times3$}
3445 @asis{2x3} matrix to get @cite{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to
3446 sum along the columns to get @cite{[5, 7, 9]}.
3447 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3449 @cindex Identity matrix
3450 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3451 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3452 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3453 the original matrix.
3455 @smallexample
3456 @group
3457 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3458       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3459     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3460                              [ 0, 1, 0 ]
3461                              [ 0, 0, 1 ] ]
3462                            .
3464     r 4                    v i 3 @key{RET}              *
3465 @end group
3466 @end smallexample
3468 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3469 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3470 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3471 inverse of a matrix.
3473 @smallexample
3474 @group
3475 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3476       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3477       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3478     .                      .
3480     r 4 r 2 |  s 5         &
3481 @end group
3482 @end smallexample
3484 @noindent
3485 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3486 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3487 our matrix to make it square.
3489 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3491 @smallexample
3492 @group
3493 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3494       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3495       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3496     .                         .
3498     M-@key{RET}  *                  U @key{TAB} *
3499 @end group
3500 @end smallexample
3502 @cindex Systems of linear equations
3503 @cindex Linear equations, systems of
3504 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3505 Suppose we had the following set of equations:
3507 @ifinfo
3508 @group
3509 @example
3510     a + 2b + 3c = 6
3511    4a + 5b + 6c = 2
3512    7a + 6b      = 3
3513 @end example
3514 @end group
3515 @end ifinfo
3516 @tex
3517 \turnoffactive
3518 \beforedisplayh
3519 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3520 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3521    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3522    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3523    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3524   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3525  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3526  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3528 \afterdisplayh
3529 @end tex
3531 @noindent
3532 This can be cast into the matrix equation,
3534 @ifinfo
3535 @group
3536 @example
3537    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3538      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3539      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3540 @end example
3541 @end group
3542 @end ifinfo
3543 @tex
3544 \turnoffactive
3545 \beforedisplay
3546 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3547    \times
3548    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3550 \afterdisplay
3551 @end tex
3553 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3554 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3556 @smallexample
3557 @group
3558 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3559 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3560       [ 4, 5, 6 ]
3561       [ 7, 6, 0 ] ]
3562     .
3564     [6,2,3] r 5            /
3565 @end group
3566 @end smallexample
3568 @noindent
3569 The result is the @cite{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3570 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3571 inverse.)
3573 Let's verify this solution:
3575 @smallexample
3576 @group
3577 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3578       [ 4, 5, 6 ]                    .
3579       [ 7, 6, 0 ] ]
3580 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3581     .
3583     r 5  @key{TAB}                         *
3584 @end group
3585 @end smallexample
3587 @noindent
3588 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3589 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3590 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3591 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3592 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3593 vectors, use explicit @c{$N\times1$}
3594 @asis{Nx1} or @c{$1\times N$}
3595 @asis{1xN} matrices instead.
3596 In this case, you would enter the original column vector as
3597 @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3599 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3600 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3601 system of equations to get expressions for @cite{x} and @cite{y}
3602 in terms of @cite{a} and @cite{b}.
3604 @ifinfo
3605 @group
3606 @example
3607    x + a y = 6
3608    x + b y = 10
3609 @end example
3610 @end group
3611 @end ifinfo
3612 @tex
3613 \turnoffactive
3614 \beforedisplay
3615 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3616              x &+ b y = 10}
3618 \afterdisplay
3619 @end tex
3621 @noindent
3622 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3624 @cindex Least-squares for over-determined systems
3625 @cindex Over-determined systems of equations
3626 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3627 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3628 there are no values for the variables that will satisfy all the
3629 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3630 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3631 you can't solve @cite{A X = B} directly because the matrix @cite{A}
3632 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3633 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3634 on the left by the transpose of @cite{A}:
3635 @ifinfo
3636 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3637 @end ifinfo
3638 @tex
3639 \turnoffactive
3640 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3641 @end tex
3642 Now @c{$A^T A$}
3643 @cite{trn(A)*A} is a square matrix so a solution is possible.  It
3644 turns out that the @cite{X} vector you compute in this way will be a
3645 ``least-squares'' solution, which can be regarded as the ``closest''
3646 solution to the set of equations.  Use Calc to solve the following
3647 over-determined system:@refill
3649 @ifinfo
3650 @group
3651 @example
3652     a + 2b + 3c = 6
3653    4a + 5b + 6c = 2
3654    7a + 6b      = 3
3655    2a + 4b + 6c = 11
3656 @end example
3657 @end group
3658 @end ifinfo
3659 @tex
3660 \turnoffactive
3661 \beforedisplayh
3662 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3663 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3664    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3665    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3666    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3667   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3668  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3669  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3670  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3672 \afterdisplayh
3673 @end tex
3675 @noindent
3676 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3678 @node List Tutorial, , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3679 @subsection Vectors as Lists
3681 @noindent
3682 @cindex Lists
3683 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3684 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3685 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3686 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3687 number.
3689 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3691 @smallexample
3692 @group
3693 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3694 2:  20             .                2:  20
3695 1:  30                              1:  30
3696     .                                   .
3698                    M-3 v p              v u
3699 @end group
3700 @end smallexample
3702 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3703 of many copies of a given value:
3705 @smallexample
3706 @group
3707 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3708     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3709                         .                   .
3711     v x 4 @key{RET}           17                  v b 4 @key{RET}
3712 @end group
3713 @end smallexample
3715 You can apply an operator to every element of a vector using the
3716 @dfn{map} command.
3718 @smallexample
3719 @group
3720 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3721     .                      .                            .
3723     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3724 @end group
3725 @end smallexample
3727 @noindent
3728 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3729 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3730 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3731 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3732 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3733 of each element.
3735 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3736 from @c{$2^{-4}$}
3737 @cite{2^-4} to @cite{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3739 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3740 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3741 elements in the vector:
3743 @smallexample
3744 @group
3745 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3746     .              .                           .
3748     123123         k f                         V R *
3749 @end group
3750 @end smallexample
3752 @noindent
3753 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3754 multiply those factors together again to yield the original number.
3756 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3757 reduction:
3759 @smallexample
3760 @group
3761 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3762 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3763     .
3765     r 1 r 2           V M *              V R +
3766 @end group
3767 @end smallexample
3769 @noindent
3770 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3771 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3772 for the dot product as before.
3774 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3775 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3776 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3778 @smallexample
3779 @group
3780 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3781     .                         .
3783     v x 6 @key{RET}                 V U *
3784 @end group
3785 @end smallexample
3787 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
3788 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
3789 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
3790 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
3791 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
3792 vector size).
3794 @smallexample
3795 @group
3796 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
3797     .                         .
3799     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3800 @end group
3801 @end smallexample
3803 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
3804 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
3805 ``abbreviated'' like this:
3807 @smallexample
3808 @group
3809 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
3810     .                         .
3812     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3813 @end group
3814 @end smallexample
3816 @noindent
3817 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
3818 You will find both operations are now much faster.  But notice that
3819 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
3820 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
3821 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
3822 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
3823 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
3825 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
3826 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
3827 with the full, unabbreviated value.
3829 @cindex Least-squares for fitting a straight line
3830 @cindex Fitting data to a line
3831 @cindex Line, fitting data to
3832 @cindex Data, extracting from buffers
3833 @cindex Columns of data, extracting
3834 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
3835 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
3836 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
3837 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
3838 of values in a file we have loaded into Emacs:
3840 @smallexample
3841   x        y
3842  ---      ---
3843  1.34    0.234
3844  1.41    0.298
3845  1.49    0.402
3846  1.56    0.412
3847  1.64    0.466
3848  1.73    0.473
3849  1.82    0.601
3850  1.91    0.519
3851  2.01    0.603
3852  2.11    0.637
3853  2.22    0.645
3854  2.33    0.705
3855  2.45    0.917
3856  2.58    1.009
3857  2.71    0.971
3858  2.85    1.062
3859  3.00    1.148
3860  3.15    1.157
3861  3.32    1.354
3862 @end smallexample
3864 @noindent
3865 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
3866 easiest to press @kbd{M-# i} to enter the on-line Info version of
3867 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
3868 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
3870 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
3871 to the left of the @cite{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
3872 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-@key{SPC}}, or @kbd{NUL}.)
3873 Now position the cursor to the lower-right, just after the @cite{1.354}.
3874 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
3875 in the Info buffer, type @kbd{M-# r}.  This command
3876 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
3877 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.@refill
3879 @smallexample
3880 @group
3881 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
3882       [ 1.41, 0.298 ]
3883       @dots{}
3884 @end group
3885 @end smallexample
3887 @noindent
3888 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
3889 large matrix.)
3891 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
3892 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
3893 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
3894 of row vectors on the stack.
3896 @smallexample
3897 @group
3898 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3899       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3900     .                                      .
3902     v t                                    v u
3903 @end group
3904 @end smallexample
3906 @noindent
3907 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
3909 @smallexample
3910 @group
3911 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
3912     .
3914     t 2                             t 1
3915 @end group
3916 @end smallexample
3918 @noindent
3919 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
3920 stored value from the stack.)
3922 In a least squares fit, the slope @cite{m} is given by the formula
3924 @ifinfo
3925 @example
3926 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
3927 @end example
3928 @end ifinfo
3929 @tex
3930 \turnoffactive
3931 \beforedisplay
3932 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
3933         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
3934 \afterdisplay
3935 @end tex
3937 @noindent
3938 where @c{$\sum x$}
3939 @cite{sum(x)} represents the sum of all the values of @cite{x}.
3940 While there is an actual @code{sum} function in Calc, it's easier to
3941 sum a vector using a simple reduction.  First, let's compute the four
3942 different sums that this formula uses.
3944 @smallexample
3945 @group
3946 1:  41.63                 1:  98.0003
3947     .                         .
3949  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
3951 @end group
3952 @end smallexample
3953 @noindent
3954 @smallexample
3955 @group
3956 1:  13.613                1:  33.36554
3957     .                         .
3959  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
3960 @end group
3961 @end smallexample
3963 @ifinfo
3964 @noindent
3965 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
3966 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
3967 @samp{sum(x y)}.)
3968 @end ifinfo
3969 @tex
3970 \turnoffactive
3971 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
3972 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
3973 $\sum x y$.)
3974 @end tex
3976 Finally, we also need @cite{N}, the number of data points.  This is just
3977 the length of either of our lists.
3979 @smallexample
3980 @group
3981 1:  19
3982     .
3984  r 1 v l   t 7
3985 @end group
3986 @end smallexample
3988 @noindent
3989 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
3991 Now we grind through the formula:
3993 @smallexample
3994 @group
3995 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
3996     .          1:  566.70919      .
3997                    .
3999  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
4001 @end group
4002 @end smallexample
4003 @noindent
4004 @smallexample
4005 @group
4006 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
4007 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
4008     .          1:  1733.0569      .
4009                    .
4011  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
4012 @end group
4013 @end smallexample
4015 That gives us the slope @cite{m}.  The y-intercept @cite{b} can now
4016 be found with the simple formula,
4018 @ifinfo
4019 @example
4020 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
4021 @end example
4022 @end ifinfo
4023 @tex
4024 \turnoffactive
4025 \beforedisplay
4026 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
4027 \afterdisplay
4028 \vskip10pt
4029 @end tex
4031 @smallexample
4032 @group
4033 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
4034     .          1:  21.70658       .              .
4035                    .
4037    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
4038 @end group
4039 @end smallexample
4041 Let's ``plot'' this straight line approximation, @c{$y \approx m x + b$}
4042 @cite{m x + b}, and compare it with the original data.@refill
4044 @smallexample
4045 @group
4046 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
4047     .                           .
4049     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
4050 @end group
4051 @end smallexample
4053 @noindent
4054 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
4055 to a vector, can be done without mapping commands since these are
4056 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
4057 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
4059 We can subtract this vector from our original @cite{y} vector to get
4060 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
4062 @smallexample
4063 @group
4064 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
4065     .                            .                            .
4067     r 2 -                        V M A                        V R X
4068 @end group
4069 @end smallexample
4071 @noindent
4072 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
4073 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
4074 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
4075 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
4076 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
4077 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
4078 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
4079 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
4080 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
4082 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
4083 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
4084 GNUPLOT 3.0, the following instructions will work regardless of the
4085 kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
4086 may require additional steps to view the graphs.)
4088 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@var{x}'' and ``@var{y}''
4089 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
4090 command does everything you need to do for simple, straightforward
4091 plotting of data.
4093 @smallexample
4094 @group
4095 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4096 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
4097     .
4099     r 1 r 2    g f
4100 @end group
4101 @end smallexample
4103 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
4104 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
4105 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
4106 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
4107 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
4108 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
4110 Next, let's add the line we got from our least-squares fit.
4111 @ifinfo
4112 (If you are reading this tutorial on-line while running Calc, typing
4113 @kbd{g a} may cause the tutorial to disappear from its window and be
4114 replaced by a buffer named @samp{*Gnuplot Commands*}.  The tutorial
4115 will reappear when you terminate GNUPLOT by typing @kbd{g q}.) 
4116 @end ifinfo
4118 @smallexample
4119 @group
4120 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4121 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
4122     .
4124     @key{DEL} r 0    g a  g p
4125 @end group
4126 @end smallexample
4128 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
4129 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
4130 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
4132 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
4133 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
4134 points are really 19 equations of the form @cite{y_i = m x_i + b} for
4135 different pairs of @cite{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
4136 to solve for @cite{m} and @cite{b}, duplicating the above result.
4137 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
4139 @cindex Geometric mean
4140 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
4141 rectangle, you can use @w{@kbd{M-# g}} (@code{calc-grab-region})
4142 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
4143 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
4144 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
4145 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
4147 @example
4148 2.3  6  22  15.1  7
4149   15  14  7.5
4150   2.5
4151 @end example
4153 @noindent
4154 The @kbd{M-# g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
4155 with or without surrounding vector brackets.
4156 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
4158 @ifinfo
4159 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4160 us that the alternating sum of binomial coefficients
4161 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
4162 on up to @var{n}-choose-@var{n},
4163 always comes out to zero.  Let's verify this
4164 for @cite{n=6}.@refill
4165 @end ifinfo
4166 @tex
4167 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4168 us that the alternating sum of binomial coefficients
4169 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
4170 always comes out to zero.  Let's verify this
4171 for \cite{n=6}.
4172 @end tex
4174 @smallexample
4175 @group
4176 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4177     .                             .
4179     v x 7 @key{RET}                     1 -
4181 @end group
4182 @end smallexample
4183 @noindent
4184 @smallexample
4185 @group
4186 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4187     .                                        .
4189     V M ' (-1)^$ choose(6,$) @key{RET}             V R +
4190 @end group
4191 @end smallexample
4193 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4194 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4195 inside this expression represents the argument to the function.
4196 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4197 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4199 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4200 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ @key{RET}} is
4201 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4202 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4203 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ @key{RET}}
4204 would act exactly like @kbd{-}.
4206 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4207 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4208 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4209 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4210 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4211 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4212 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4213 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4214 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4215 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4216 property that a nameless function is not actually evaluated until
4217 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4218 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4219 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4220 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4222 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4223 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4224 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4225 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4227 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4228 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4229 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4230 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4231 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4232 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4234 @cindex Divisor functions
4235 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @cite{k}th @dfn{divisor function}
4236 @tex
4237 $\sigma_k(n)$
4238 @end tex
4239 is the sum of the @cite{k}th powers of all the divisors of an
4240 integer @cite{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4241 function for reasonably small values of @cite{n}.  As a test,
4242 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4243 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4245 @cindex Square-free numbers
4246 @cindex Duplicate values in a list
4247 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4248 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4249 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4250 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4251 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4252 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4253 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4255 @cindex Triangular lists
4256 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4257 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4258 command to enable multi-line display of vectors.)
4260 @smallexample
4261 @group
4262 1:  [ [1],
4263       [1, 2],
4264       [1, 2, 3],
4265       [1, 2, 3, 4],
4266       [1, 2, 3, 4, 5],
4267       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4268 @end group
4269 @end smallexample
4271 @noindent
4272 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4274 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4276 @smallexample
4277 @group
4278 1:  [ [0],
4279       [1, 2],
4280       [3, 4, 5],
4281       [6, 7, 8, 9],
4282       [10, 11, 12, 13, 14],
4283       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4284 @end group
4285 @end smallexample
4287 @noindent
4288 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4290 @cindex Maximizing a function over a list of values
4291 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4292 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4293 @c{$J_1(x)$}
4294 @cite{J1} function @samp{besJ(1,x)} for @cite{x} from 0 to 5
4295 in steps of 0.25.
4296 Find the value of @cite{x} (from among the above set of values) for
4297 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4298 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4299 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4300 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4301 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})@refill
4303 @cindex Digits, vectors of
4304 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4305 @c{$0 \le N < 10^m$}
4306 @cite{0 <= N < 10^m} for @cite{m=12} (i.e., an integer of less than
4307 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @cite{m}
4308 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4309 add one to this integer to produce a vector of @cite{m+1} digits
4310 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4311 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4312 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4314 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4315 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4316 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4318 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4319 is @c{$\pi$}
4320 @cite{pi}.  The area of the @c{$2\times2$}
4321 @asis{2x2} square that encloses that
4322 circle is 4.  So if we throw @var{n} darts at random points in the square,
4323 about @c{$\pi/4$}
4324 @cite{pi/4} of them will land inside the circle.  This gives us
4325 an entertaining way to estimate the value of @c{$\pi$}
4326 @cite{pi}.  The @w{@kbd{k r}}
4327 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4328 We could get a random floating-point number between @i{-1} and 1 by typing
4329 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @cite{(x,y)} points in
4330 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4331 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4332 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4334 @cindex Matchstick problem
4335 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4336 another way to calculate @c{$\pi$}
4337 @cite{pi}.  Say you have an infinite field
4338 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4339 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4340 a line turns out to be @c{$2/\pi$}
4341 @cite{2/pi}.  Toss 100 matchsticks to estimate
4342 @c{$\pi$}
4343 @cite{pi}.  (If you want still more fun, the probability that the GCD
4344 (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is one turns out to be @c{$6/\pi^2$}
4345 @cite{6/pi^2}.
4346 That provides yet another way to estimate @c{$\pi$}
4347 @cite{pi}.)
4348 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4350 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4351 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4352 (ASCII) codes of the characters (here, @cite{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4353 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4354 which is just an integer that represents the value of that string.
4355 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4356 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4357 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4358 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4359 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4360 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4361 One popular hash function is computed as follows:  First set @cite{h = 0}.
4362 Then, for each character from the string in turn, set @cite{h = 3h + c_i}
4363 where @cite{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4364 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4365 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4366 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4367 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4369 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4370 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4371 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4372 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4373 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4374 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4375 @cite{(0,0)}; then take one step a random distance between @i{-1} and 1
4376 in both @cite{x} and @cite{y}; then take another step, and so on.  Use the
4377 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4378 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4379 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4380 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4382 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4383 @section Types Tutorial
4385 @noindent
4386 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4387 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4389 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4390 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4391 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4392 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4393 which can exactly represent any rational number.
4395 @smallexample
4396 @group
4397 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4398     .          1:  49             .              .              .
4399                    .
4401     10 !           49 @key{RET}         :              2 +            &
4402 @end group
4403 @end smallexample
4405 @noindent
4406 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4407 would normally divide integers to get a floating-point result.
4408 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4409 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4410 fraction beginning with 49.
4412 You can convert between floating-point and fractional format using
4413 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4415 @smallexample
4416 @group
4417 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4418     .                       .
4420     c f                     c F
4421 @end group
4422 @end smallexample
4424 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4425 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4426 same, to within the current precision.
4428 @smallexample
4429 @group
4430 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4431     .                   .                    .            .
4433     P                   c F      @key{DEL}       p 5 @key{RET} P      c F
4434 @end group
4435 @end smallexample
4437 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4438 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4439 product of @c{$\pi$}
4440 @cite{pi} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4441 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4443 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4445 @smallexample
4446 @group
4447 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4448     .          .             .              .              .
4450     9 n        Q             c p            2 *            Q
4451 @end group
4452 @end smallexample
4454 @noindent
4455 The square root of @i{-9} is by default rendered in rectangular form
4456 (@w{@cite{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4457 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4458 operations are defined on both types of complex numbers.
4460 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4461 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4462 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4463 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4464 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4465 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4466 algebraic entry.
4468 @smallexample
4469 @group
4470 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4471 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4472     .              .              .              .
4474 ' inf @key{RET} 17 n     *  @key{RET}         72 +           A              +
4475 @end group
4476 @end smallexample
4478 @noindent
4479 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4480 number (like @i{-17}) has no effect, except that since @i{-17}
4481 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4482 (``A huge positive number, multiplied by @i{-17}, yields a huge
4483 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4484 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4485 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4486 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4487 the answer to be @i{-72} for this.  But the 72 has been completely
4488 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4489 the finite difference between them, if any, is undetectable.
4490 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4491 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4493 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4494 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4495 to turn on ``infinite mode.''
4497 @smallexample
4498 @group
4499 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4500 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4501 1:  0              .              .              .
4502     .
4504   1 @key{RET} 0          /       m i    U /            17 n *         +
4505 @end group
4506 @end smallexample
4508 @noindent
4509 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4510 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4511 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4512 @cite{1 / x} around @w{@cite{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4513 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4514 infinity as you approach from below.  Since we said only @cite{1 / 0},
4515 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4516 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4517 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4518 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4519 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4520 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4521 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4522 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4523 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4524 that matter, with anything else.
4526 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4527 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4528 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4529 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4530 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4532 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4533 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4534 a complex number?  Can it stand for infinity?
4535 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4537 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4538 seconds.
4540 @smallexample
4541 @group
4542 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4543     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4544                                         .
4546   2@@ 30' @key{RET}          1 +               @key{RET} 2 /           /
4547 @end group
4548 @end smallexample
4550 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4551 seconds.
4553 @smallexample
4554 @group
4555 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4556     .              .              .                     .
4558     0.5            I T            c h                   S
4559 @end group
4560 @end smallexample
4562 @noindent
4563 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4564 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4565 functions will accept HMS forms directly as input.
4567 @cindex Beatles
4568 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4569 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4570 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4571 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4572 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4574 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4575 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4576 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4578 @smallexample
4579 @group
4580 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4581 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4582     .
4584 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> @key{RET}           -
4585 @end group
4586 @end smallexample
4588 @noindent
4589 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4590 number of days between them.  It is also possible to add an
4591 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4592 date form.
4594 @smallexample
4595 @group
4596 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4597     .                                    .
4599     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4600 @end group
4601 @end smallexample
4603 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4604 @noindent
4605 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4606 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4607 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4608 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4609 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4610 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4612 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4613 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4615 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4616 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4618 @cindex Slope and angle of a line
4619 @cindex Angle and slope of a line
4620 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4621 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4622 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4623 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4624 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4625 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4627 @smallexample
4628 @group
4629 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4630     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4631                      .
4633     8 p .2 @key{RET}       30 p 1          /                     I T
4634 @end group
4635 @end smallexample
4637 @noindent
4638 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4639 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4640 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4642 @cindex Torus, volume of
4643 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4644 @c{$2 \pi^2 R r^2$}
4645 @w{@cite{2 pi^2 R r^2}} where @cite{R} is the radius of the circle that
4646 defines the center of the tube and @cite{r} is the radius of the tube
4647 itself.  Suppose @cite{R} is 20 cm and @cite{r} is 4 cm, each known to
4648 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4649 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4651 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4652 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4653 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4654 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4655 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4657 @smallexample
4658 @group
4659 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4660     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4661                       .
4663   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4664 @end group
4665 @end smallexample
4667 @noindent
4668 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4669 is sure to lie in the range shown.
4671 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4672 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4673 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4674 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4675 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4676 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4677 the other.
4679 @smallexample
4680 @group
4681 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4682     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4683                                       .
4685   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4686 @end group
4687 @end smallexample
4689 @noindent
4690 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4691 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4692 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4693 or both endpoints.
4695 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4696 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4697 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4698 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4699 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4701 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4702 are @kbd{@key{RET} *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4703 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4704 If not, which of these will result in a larger interval?
4705 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4707 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @var{m}.
4708 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4709 or 24 hours.
4711 @smallexample
4712 @group
4713 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4714     .                .                .                .
4716     17 M 24 @key{RET}      10 +             n                5 /
4717 @end group
4718 @end smallexample
4720 @noindent
4721 In this last step, Calc has found a new number which, when multiplied
4722 by 5 modulo 24, produces the original number, 21.  If @var{m} is prime
4723 it is always possible to find such a number.  For non-prime @var{m}
4724 like 24, it is only sometimes possible.
4726 @smallexample
4727 @group
4728 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4729     .                .                .                .
4731     10 M 24 @key{RET}      100 ^            10 @key{RET} 100 ^     24 %
4732 @end group
4733 @end smallexample
4735 @noindent
4736 These two calculations get the same answer, but the first one is
4737 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4738 that arises in the second one.
4740 @cindex Fermat, primality test of
4741 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4742 says that @c{\w{$x^{n-1} \bmod n = 1$}}
4743 @cite{x^(n-1) mod n = 1} if @cite{n} is a prime number
4744 and @cite{x} is an integer less than @cite{n}.  If @cite{n} is
4745 @emph{not} a prime number, this will @emph{not} be true for most
4746 values of @cite{x}.  Thus we can test informally if a number is
4747 prime by trying this formula for several values of @cite{x}.
4748 Use this test to tell whether the following numbers are prime:
4749 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4751 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4752 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4753 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4754 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4756 @smallexample
4757 @group
4758 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4759     .                                 .
4761     x time @key{RET}                        n
4762 @end group
4763 @end smallexample
4765 @noindent
4766 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4768 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4769 is about @c{$\pi \times 10^7$}
4770 @w{@cite{pi * 10^7}} seconds.  What time will it be that
4771 many seconds from right now?  @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4773 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
4774 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
4775 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
4776 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
4777 of music.  Should you order single or double packages?
4778 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
4780 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
4781 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
4782 application of algebraic expressions, where we use variables with
4783 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
4784 like centimeters and inches.
4786 @smallexample
4787 @group
4788 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
4789     .               .                .                   .
4791     ' 2in @key{RET}       u c cm @key{RET}       u c fath @key{RET}        u b
4792 @end group
4793 @end smallexample
4795 @noindent
4796 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
4797 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
4798 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
4799 which in this case means meters.
4801 @smallexample
4802 @group
4803 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
4804     .              .                  .              .
4806  ' 9 acre @key{RET}      Q                  u s            ' $+30 cm @key{RET}
4808 @end group
4809 @end smallexample
4810 @noindent
4811 @smallexample
4812 @group
4813 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
4814     .                .                     .
4816     u s              2 ^                   u c cgs
4817 @end group
4818 @end smallexample
4820 @noindent
4821 Since units expressions are really just formulas, taking the square
4822 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
4823 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
4824 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
4825 being interpreted as unit names.
4827 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
4828 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
4829 as its standard unit of length.
4831 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
4833 @smallexample
4834 @group
4835 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
4836     .              .                  .                     .
4838  ' 55 mph @key{RET}      u c kph @key{RET}        u c km/hr @key{RET}         u c c @key{RET}
4839 @end group
4840 @end smallexample
4842 @noindent
4843 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
4844 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
4845 finally in terms of fractions of the speed of light.
4847 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
4848 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
4849 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
4850 units there is no difference, but temperature units have an offset
4851 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
4852 for them.
4854 @smallexample
4855 @group
4856 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -20:3 degC    1:  -6.666 degC
4857     .                 .                    .                 .
4859   ' 20 degF @key{RET}       u c degC @key{RET}         U u t degC @key{RET}    c f
4860 @end group
4861 @end smallexample
4863 @noindent
4864 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
4865 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
4866 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.  Since
4867 this comes out as an exact fraction, we then convert to floating-point
4868 for easier comparison with the other result.
4870 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
4871 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
4872 When you use this method, you're responsible for remembering which
4873 numbers are in which units:
4875 @smallexample
4876 @group
4877 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
4878     .              .                        .
4880     55             u c mph @key{RET} kph @key{RET}      u c km/hr @key{RET} c @key{RET}
4881 @end group
4882 @end smallexample
4884 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
4885 @w{@kbd{M-# c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
4886 at the units table.
4888 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
4889 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
4891 @cindex Speed of light
4892 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
4893 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
4894 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
4895 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
4896 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
4898 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
4899 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
4900 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
4901 swallow and still travel legally on most US highways?
4902 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
4904 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
4905 @section Algebra and Calculus Tutorial
4907 @noindent
4908 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
4909 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
4910 formulas.
4912 @menu
4913 * Basic Algebra Tutorial::
4914 * Rewrites Tutorial::
4915 @end menu
4917 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
4918 @subsection Basic Algebra
4920 @noindent
4921 If you enter a formula in algebraic mode that refers to variables,
4922 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
4923 formulas as regular data objects.
4925 @smallexample
4926 @group
4927 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (6 - 2 x^2) (3 x^2 + y)
4928     .                   .                   .
4930     ' 2x^2-6 @key{RET}        n                   ' 3x^2+y @key{RET} *
4931 @end group
4932 @end smallexample
4934 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x @key{RET} Q 2 ^} and
4935 @kbd{' x @key{RET} 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
4936 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
4938 There are also commands for doing common algebraic operations on
4939 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
4941 @smallexample
4942 @group
4943 1:  18 x^2 + 6 y - 6 x^4 - 2 x^2 y    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
4944     .                                     .
4946     a x                                   a c x @key{RET}
4947 @end group
4948 @end smallexample
4950 @noindent
4951 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
4952 terms involving like powers of @cite{x}.
4954 Let's find the value of this expression when @cite{x} is 2 and @cite{y}
4955 is one-half.
4957 @smallexample
4958 @group
4959 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
4960     .                           .
4962     1:2 s l y @key{RET}               2 s l x @key{RET}
4963 @end group
4964 @end smallexample
4966 @noindent
4967 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
4968 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
4969 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
4970 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
4971 back to its original value, if any.
4973 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
4974 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
4975 unstore it with @kbd{s u x @key{RET}} before the above example will work
4976 properly.)
4978 @cindex Maximum of a function using Calculus
4979 Let's find the maximum value of our original expression when @cite{y}
4980 is one-half and @cite{x} ranges over all possible values.  We can
4981 do this by taking the derivative with respect to @cite{x} and examining
4982 values of @cite{x} for which the derivative is zero.  If the second
4983 derivative of the function at that value of @cite{x} is negative,
4984 the function has a local maximum there.
4986 @smallexample
4987 @group
4988 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
4989     .                           .
4991     U @key{DEL}  s 1                  a d x @key{RET}   s 2
4992 @end group
4993 @end smallexample
4995 @noindent
4996 Well, the derivative is clearly zero when @cite{x} is zero.  To find
4997 the other root(s), let's divide through by @cite{x} and then solve:
4999 @smallexample
5000 @group
5001 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 x / x - 24 x^3 / x    1:  34 - 24 x^2
5002     .                          .                            .
5004     ' x @key{RET} /                  a x                          a s
5006 @end group
5007 @end smallexample
5008 @noindent
5009 @smallexample
5010 @group
5011 1:  34 - 24 x^2 = 0        1:  x = 1.19023
5012     .                          .
5014     0 a =  s 3                 a S x @key{RET}
5015 @end group
5016 @end smallexample
5018 @noindent
5019 Notice the use of @kbd{a s} to ``simplify'' the formula.  When the
5020 default algebraic simplifications don't do enough, you can use
5021 @kbd{a s} to tell Calc to spend more time on the job.
5023 Now we compute the second derivative and plug in our values of @cite{x}:
5025 @smallexample
5026 @group
5027 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
5028     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
5029                        .                   .
5031     a .                r 2                 a d x @key{RET} s 4
5032 @end group
5033 @end smallexample
5035 @noindent
5036 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
5037 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
5038 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 @key{DEL}}
5039 to delete the @samp{x}.)
5041 @smallexample
5042 @group
5043 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
5044 1:  1.19023           .            1:  0                   .
5045     .                                  .
5047     @key{TAB}               s l x @key{RET}        U @key{DEL} 0             s l x @key{RET}
5048 @end group
5049 @end smallexample
5051 @noindent
5052 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
5053 has a maximum value at @cite{x = 1.19023}.  (The function also has a
5054 local @emph{minimum} at @cite{x = 0}.)
5056 When we solved for @cite{x}, we got only one value even though
5057 @cite{34 - 24 x^2 = 0} is a quadratic equation that ought to have
5058 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
5059 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
5060 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @cite{+}.
5061 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
5062 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
5064 @smallexample
5065 @group
5066 1:  34 - 24 x^2 = 0    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
5067     .                      .                       .
5069     r 3                    H a S x @key{RET}  s 5        1 n  s l s1 @key{RET}
5070 @end group
5071 @end smallexample
5073 @noindent
5074 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
5075 it is supposed to be either @i{+1} or @i{-1}.  Here we have used
5076 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
5077 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
5078 negative, answer, so @cite{x = -1.19023} is also a maximum.
5080 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @cite{x}
5081 into the original formula.
5083 @smallexample
5084 @group
5085 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
5086 1:  x = 1.19023 s1            .
5087     .
5089     r 1 r 5                   s l @key{RET}
5090 @end group
5091 @end smallexample
5093 @noindent
5094 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
5095 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
5096 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
5098 It's clear that this will have the same value for either sign of
5099 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
5101 @smallexample
5102 @group
5103 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
5104 1:  24.08333 s1^2 ...        .
5105     .
5107   [ 1 n , 1 ] @key{TAB}            V M $ @key{RET}
5108 @end group
5109 @end smallexample
5111 @noindent
5112 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
5113 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
5114 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
5115 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
5116 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
5117 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
5118 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
5119 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
5120 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
5121 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
5123 If there had been several different values, we could have used
5124 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
5126 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
5127 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
5128 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
5129 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
5130 @cite{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
5131 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
5132 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
5133 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
5135 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
5136 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
5137 sequence of commands would you use to reconstruct the original
5138 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
5139 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
5140 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
5142 The @kbd{m s} command enables ``symbolic mode,'' in which formulas
5143 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
5144 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
5145 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
5147 @smallexample
5148 @group
5149 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
5150 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
5151     .                        .
5153     r 2  @key{RET}     m s  m f    a P x @key{RET}
5154 @end group
5155 @end smallexample
5157 One more mode that makes reading formulas easier is ``Big mode.''
5159 @smallexample
5160 @group
5161                3
5162 2:  34 x - 24 x
5164       ____   ____
5165      V 51   V 51
5166 1:  [-----, -----, 0]
5167        6     -6
5169     .
5171     d B
5172 @end group
5173 @end smallexample
5175 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5176 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5177 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, and @TeX{} mode.
5179 @smallexample
5180 @group
5181 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5182 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5183     .                                     .
5185     d C                                   d F
5187 @end group
5188 @end smallexample
5189 @noindent
5190 @smallexample
5191 @group
5192 3:  34 x - 24 x^3
5193 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5194 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5195     .
5197     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 @key{RET}
5198 @end group
5199 @end smallexample
5201 @noindent
5202 As you can see, language modes affect both entry and display of
5203 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5204 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5205 and notations for vectors and matrices.
5207 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5208 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5209 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5210 produced by the various language modes to make sure they are fully
5211 correct.
5213 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5214 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5215 are shown in normal mode.)
5217 @cindex Area under a curve
5218 What is the area under the portion of this curve from @cite{x = 1} to @cite{2}?
5219 This is simply the integral of the function:
5221 @smallexample
5222 @group
5223 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5224     .                          .
5226     r 1                        a i x
5227 @end group
5228 @end smallexample
5230 @noindent
5231 We want to evaluate this at our two values for @cite{x} and subtract.
5232 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5234 @smallexample
5235 @group
5236 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5237 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5239    [ 2 , 1 ] @key{TAB}          V M $ @key{RET}                  V R -
5240 @end group
5241 @end smallexample
5243 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @cite{y}
5244 of @c{$x \sin \pi x$}
5245 @w{@cite{x sin(pi x)}} (where the sine is calculated in radians).
5246 Find the values of the integral for integers @cite{y} from 1 to 5.
5247 @xref{Algebra Answer 3, 3}. (@bullet{})
5249 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5250 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5251 under the curve @c{$\sin x \ln x$}
5252 @cite{sin(x) ln(x)} over the same range of @cite{x}.  If
5253 you entered this formula and typed @kbd{a i x @key{RET}} (don't bother to try
5254 this), Calc would work for a long time but would be unable to find a
5255 solution.  In fact, there is no closed-form solution to this integral.
5256 Now what do we do?
5258 @cindex Integration, numerical
5259 @cindex Numerical integration
5260 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5261 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5262 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5263 We can save some time by reducing the working precision.
5265 @smallexample
5266 @group
5267 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5268 2:  1                       .
5269 1:  0.1
5270     .
5272  10 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}        C-u v x
5273 @end group
5274 @end smallexample
5276 @noindent
5277 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5278 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 @key{RET} 9 + .1 *}.)
5280 @smallexample
5281 @group
5282 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5283 1:  sin(x) ln(x)                    .
5284     .
5286     ' sin(x) ln(x) @key{RET}  s 1    m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
5288 @end group
5289 @end smallexample
5290 @noindent
5291 @smallexample
5292 @group
5293 1:  3.4195     0.34195
5294     .          .
5296     V R +      0.1 *
5297 @end group
5298 @end smallexample
5300 @noindent
5301 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5302 to radians mode?)
5304 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5305 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5306 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5307 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5308 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5309 is the same for every box.)
5311 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5312 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5314 @smallexample
5315 @group
5316 1:  sin(x) ln(x)    1:  0.84147 x - 0.84147 + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5317     .                   .
5319     r 1                 a t x=1 @key{RET} 4 @key{RET}
5320 @end group
5321 @end smallexample
5323 @noindent
5324 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5325 about the point @cite{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5326 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5328 @smallexample
5329 @group
5330 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5331     .                        .                            .
5333     a i x @key{RET}            [ 2 , 1 ] @key{TAB}  V M $ @key{RET}         V R -
5334 @end group
5335 @end smallexample
5337 @noindent
5338 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5339 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5340 (Taylor series converge better away from singularities in the
5341 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5342 expand the series about the points @cite{x=2} or @cite{x=1.5} instead
5343 of @cite{x=1}.)
5345 @cindex Simpson's rule
5346 @cindex Integration by Simpson's rule
5347 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5348 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5349 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5350 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5351 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5352 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5353 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5354 down to the formula,
5356 @ifinfo
5357 @example
5358 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5359               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5360 @end example
5361 @end ifinfo
5362 @tex
5363 \turnoffactive
5364 \beforedisplay
5365 $$ \displaylines{
5366       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5367    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5368 } $$
5369 \afterdisplay
5370 @end tex
5372 @noindent
5373 where @cite{n} (which must be even) is the number of slices and @cite{h}
5374 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5375 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5376 method:
5378 @ifinfo
5379 @example
5380 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5381           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5382 @end example
5383 @end ifinfo
5384 @tex
5385 \turnoffactive
5386 \beforedisplay
5387 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5388            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5389 \afterdisplay
5390 @end tex
5392 Compute the integral from 1 to 2 of @c{$\sin x \ln x$}
5393 @cite{sin(x) ln(x)} using
5394 Simpson's rule with 10 slices.  @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5396 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5397 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5398 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5399 result until the current precision is satisfied.
5401 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5402 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5403 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5404 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5405 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5406 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5407 details and examples.
5409 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5410 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5412 @node Rewrites Tutorial, , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5413 @subsection Rewrite Rules
5415 @noindent
5416 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5417 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5418 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5419 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5421 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5423 @smallexample
5424 @group
5425 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)
5426     .
5428     ' 1/cos(x) - sin(x) tan(x) @key{RET}   s 1
5429 @end group
5430 @end smallexample
5432 @noindent
5433 If we were simplifying this by hand, we'd probably replace the
5434 @samp{tan} with a @samp{sin/cos} first, then combine over a common
5435 denominator.  There is no Calc command to do the former; the @kbd{a n}
5436 algebra command will do the latter but we'll do both with rewrite
5437 rules just for practice.
5439 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5441 @smallexample
5442 @group
5443 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)
5444     .
5446     a r tan(a) := sin(a)/cos(a) @key{RET}
5447 @end group
5448 @end smallexample
5450 @noindent
5451 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5452 by itself the formula @samp{tan(a) := sin(a)/cos(a)} doesn't do anything,
5453 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5454 it as a rewrite rule.)
5456 The lefthand side, @samp{tan(a)}, is called the @dfn{pattern} of the
5457 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5458 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5459 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5460 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5461 the actual variable @samp{x}.
5463 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5464 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5465 substituted with the things they matched.  So the result is
5466 @samp{sin(x) / cos(x)}.  Calc's normal algebraic simplifications then
5467 mix this in with the rest of the original formula.
5469 To merge over a common denominator, we can use another simple rule:
5471 @smallexample
5472 @group
5473 1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5474     .
5476     a r a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}
5477 @end group
5478 @end smallexample
5480 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5481 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5482 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5483 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5484 denominators.
5486 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5487 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5488 the subformula @samp{cos(x)}; Calc never confuses the two meanings of
5489 @samp{x}.
5491 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5492 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5493 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5494 @samp{a = 1}, @samp{b = -sin(x)^2}, and @samp{x = cos(x)}.
5496 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5497 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5498 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5499 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5500 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5501 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5503 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5504 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}, but of course we must first rearrange
5505 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5506 would be @samp{@w{1 - sin(x)^2} := cos(x)^2}, but a little thought shows
5507 that the rule @samp{sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2} will also work.  The
5508 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5509 situations, too.
5511 @smallexample
5512 @group
5513 1:  (1 + cos(x)^2 - 1) / cos(x)           1:  cos(x)
5514     .                                         .
5516     a r sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}          a s
5517 @end group
5518 @end smallexample
5520 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5521 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5522 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5523 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5524 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5525 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5526 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5527 having to retype it.
5529 @smallexample
5530 @group
5531 ' tan(x) := sin(x)/cos(x) @key{RET}      s t tsc @key{RET}
5532 ' a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}         s t merge @key{RET}
5533 ' sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}     s t sinsqr @key{RET}
5535 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)     1:  cos(x)
5536     .                                  .
5538     r 1                a r tsc @key{RET}  a r merge @key{RET}  a r sinsqr @key{RET}  a s
5539 @end group
5540 @end smallexample
5542 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5543 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{M-# M-#} or
5544 @kbd{C-c C-c} to store the edited value back into the variable.
5545 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5547 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5548 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5549 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5550 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5551 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5552 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5553 another good reason to store your rules in variables rather than
5554 entering them on the fly.
5556 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get symbolic
5557 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5558 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying both
5559 sides by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5560 to be expanded by the distributive law; do this with another
5561 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5563 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5564 a variable containing a vector of rules.
5566 @smallexample
5567 @group
5568 1:  [tsc, merge, sinsqr]          1:  [tan(x) := sin(x) / cos(x), ... ]
5569     .                                 .
5571     ' [tsc,merge,sinsqr] @key{RET}          =
5573 @end group
5574 @end smallexample
5575 @noindent
5576 @smallexample
5577 @group
5578 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)    1:  cos(x)
5579     .                                 .
5581     s t trig @key{RET}  r 1                 a r trig @key{RET}  a s
5582 @end group
5583 @end smallexample
5585 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5586 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5587 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5588 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5589 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5590 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5592 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5593 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5594 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5595 only one rewrite at a time.
5597 @smallexample
5598 @group
5599 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)    1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5600     .                                     .
5602     r 1  M-1 a r trig @key{RET}                 M-1 a r trig @key{RET}
5603 @end group
5604 @end smallexample
5606 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5607 of rewrites that occur.
5609 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5610 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5612 @smallexample
5613 @group
5614 1:  exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i)
5615     .
5617     ' exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i) @key{RET}
5619 @end group
5620 @end smallexample
5621 @noindent
5622 @smallexample
5623 @group
5624 1:  1 + exp(3 pi i) + 1
5625     .
5627     a r exp(k pi i) := 1 :: k % 2 = 0 @key{RET}
5628 @end group
5629 @end smallexample
5631 @noindent
5632 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5633 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5635 An interesting point is that the variables @samp{pi} and @samp{i}
5636 were matched literally rather than acting as meta-variables.
5637 This is because they are special-constant variables.  The special
5638 constants @samp{e}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5639 A common error with rewrite
5640 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5641 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5642 only when the fifth argument is literally @samp{e}!@refill
5644 @cindex Fibonacci numbers
5645 @ignore
5646 @starindex
5647 @end ignore
5648 @tindex fib
5649 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5650 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5651 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5652 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5653 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5655 @smallexample
5656 @group
5657 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] @key{RET}  s t fib
5659 1:  fib(7)               1:  13
5660     .                        .
5662     ' fib(7) @key{RET}             a r fib @key{RET}
5663 @end group
5664 @end smallexample
5666 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5667 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5668 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5669 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5670 be used preferentially.
5672 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5673 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5674 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5675 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5676 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5677 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5678 @w{@kbd{s e fib @key{RET}}}, then edit the third rule to:
5680 @smallexample
5681 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5682 @end smallexample
5684 @noindent
5685 Now:
5687 @smallexample
5688 @group
5689 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  8 + fib(x) + fib(0)
5690     .                                 .
5692     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) @key{RET}        a r fib @key{RET}
5693 @end group
5694 @end smallexample
5696 @noindent
5697 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5698 @w{@kbd{a r fib @key{RET}}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5699 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5700 apply these rules automatically by storing them in the special
5701 variable @code{EvalRules}.
5703 @smallexample
5704 @group
5705 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5706     .                                       .
5708     s r fib @key{RET}        s t EvalRules @key{RET}    ' [fib(6), fib(7)] @key{RET}
5709 @end group
5710 @end smallexample
5712 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5713 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5714 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5716 @smallexample
5717 @group
5718 fib(6) =
5719 fib(5)              +               fib(4) =
5720 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5721 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5722 @end group
5723 @end smallexample
5725 @noindent
5726 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5727 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5728 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5729 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5730 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5731 @code{EvalRules}) and add another condition:
5733 @smallexample
5734 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5735 @end smallexample
5737 @noindent
5738 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5739 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5740 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5741 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5742 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5743 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5745 Type @kbd{' fib(8) @key{RET}} to compute the eighth Fibonacci number, then
5746 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5748 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5749 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5750 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5751 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5752 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5754 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5755 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules @key{RET}} now to
5756 un-store the variable.
5758 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5759 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5760 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5761 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5762 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5763 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5764 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5765 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5766 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
5768 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
5769 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
5770 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
5771 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
5773 @example
5774 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
5775 @end example
5777 @noindent
5778 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
5779 to 1.''
5781 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
5782 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
5783 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
5784 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
5785 and one for @samp{b}.
5787 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
5788 on the stack and tried to use the rule
5789 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
5790 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
5792 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @cite{a},
5793 divide @cite{a} by two if it is even, otherwise compute @cite{3 a + 1}.
5794 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
5795 is that for any starting @cite{a}, the sequence always eventually
5796 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
5797 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
5798 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
5799 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
5800 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
5801 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
5802 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
5803 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
5804 vector @cite{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
5805 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
5807 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
5808 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
5809 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
5810 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
5811 so that @cite{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
5812 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
5814 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Calc considers the form @cite{0^0}
5815 to be ``indeterminate,'' and leaves it unevaluated (assuming infinite
5816 mode is not enabled).  Some people prefer to define @cite{0^0 = 1},
5817 so that the identity @cite{x^0 = 1} can safely be used for all @cite{x}.
5818 Find a way to make Calc follow this convention.  What happens if you
5819 now type @kbd{m i} to turn on infinite mode?
5820 @xref{Rewrites Answer 6, 6}. (@bullet{})
5822 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  A Taylor series for a function is an
5823 infinite series that exactly equals the value of that function at
5824 values of @cite{x} near zero.
5826 @ifinfo
5827 @example
5828 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
5829 @end example
5830 @end ifinfo
5831 @tex
5832 \turnoffactive \let\rm\goodrm
5833 \beforedisplay
5834 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
5835 \afterdisplay
5836 @end tex
5838 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
5839 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @cite{x^2}.
5840 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @cite{x}.
5841 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
5842 that records what was the lowest term that was truncated.
5844 @ifinfo
5845 @example
5846 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
5847 @end example
5848 @end ifinfo
5849 @tex
5850 \turnoffactive \let\rm\goodrm
5851 \beforedisplay
5852 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
5853 \afterdisplay
5854 @end tex
5856 @noindent
5857 The meaning of @cite{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
5858 if @cite{x^3} is considered negligibly small as @cite{x} goes to zero.''
5860 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
5861 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
5862 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
5863 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
5864 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
5865 rearranged or if @kbd{a s} needs to be typed after rewriting.  (This one
5866 is rather tricky; the solution at the end of this chapter uses 6 rewrite
5867 rules.  Hint:  The @samp{constant(x)} condition tests whether @samp{x} is
5868 a number.)  @xref{Rewrites Answer 7, 7}. (@bullet{})
5870 @c [fix-ref Rewrite Rules]
5871 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
5873 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
5874 @section Programming Tutorial
5876 @noindent
5877 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
5878 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
5879 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
5880 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
5881 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
5882 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
5884 (Note that the programming commands relating to user-defined keys
5885 are not yet supported under Lucid Emacs 19.)
5887 One very limited form of programming is defining your own functions.
5888 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
5889 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
5890 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
5891 case @kbd{z} prefix.
5893 @smallexample
5894 @group
5895 1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6         1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6
5896     .                                     .
5898     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! @key{RET}         Z F e myexp @key{RET} @key{RET} @key{RET} y
5899 @end group
5900 @end smallexample
5902 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
5903 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
5904 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
5905 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
5906 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
5907 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
5908 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
5909 arguments?''
5911 @smallexample
5912 @group
5913 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
5914     .          1:  1.34986    2:  1.34986
5915                    .          1:  myexp(a + 1)
5916                                   .
5918     .3 z e         .3 E           ' a+1 @key{RET} z e
5919 @end group
5920 @end smallexample
5922 @noindent
5923 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
5924 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
5925 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
5926 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
5927 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
5928 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
5929 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
5931 @cindex Sine integral Si(x)
5932 @ignore
5933 @starindex
5934 @end ignore
5935 @tindex Si
5936 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
5937 @c{${\rm Si}(x)$}
5938 @cite{Si(x)} is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
5939 @cite{t = 0} to @cite{x} in radians.  (It was invented because this
5940 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
5941 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
5942 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
5943 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
5944 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
5945 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
5946 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
5947 0.946083.  (Hint:  @code{ninteg} will run a lot faster if you reduce
5948 the precision to, say, six digits beforehand.)
5949 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
5951 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
5952 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
5953 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
5954 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
5955 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
5957 @smallexample
5958 @group
5959 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
5960     .                        .
5962     ' y=sqrt(x) @key{RET}       C-x ( H a S x @key{RET} C-x )
5964 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 pi n1
5965     .                        .
5967     ' y=cos(x) @key{RET}           X
5968 @end group
5969 @end smallexample
5971 @noindent
5972 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
5973 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
5974 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
5975 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
5976 re-execute the same keystrokes.
5978 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
5980 @smallexample
5981 @group
5982 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
5983                        .                   .
5985   Z K x @key{RET}            ' y=x^4 @key{RET}         z x
5986 @end group
5987 @end smallexample
5989 @noindent
5990 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
5991 @kbd{z} to call it up.
5993 Keyboard macros can call other macros.
5995 @smallexample
5996 @group
5997 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
5998     .                 .                           .            .
6000  ' abs(x) @key{RET}   C-x ( ' y @key{RET} a = z x C-x )    ' 2/x @key{RET}       X
6001 @end group
6002 @end smallexample
6004 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
6005 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
6006 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
6008 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
6009 the following functions:
6011 @enumerate
6012 @item
6013 Compute @c{$\displaystyle{\sin x \over x}$}
6014 @cite{sin(x) / x}, where @cite{x} is the number on the
6015 top of the stack.
6017 @item
6018 Compute the base-@cite{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
6019 the arguments are taken in the opposite order.
6021 @item
6022 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
6023 the stack.
6024 @end enumerate
6025 @noindent
6026 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
6028 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
6029 the average (mean) value of a list of numbers.
6030 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
6032 In many programs, some of the steps must execute several times.
6033 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
6034 inside keyboard macros, but actually work at any time.
6036 @smallexample
6037 @group
6038 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
6039     .            1:  4             .
6040                      .
6042   ' x^6 @key{RET}          4         Z < a d x @key{RET} Z >
6043 @end group
6044 @end smallexample
6046 @noindent
6047 Here we have computed the fourth derivative of @cite{x^6} by
6048 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
6049 This structure pops a repeat count from the stack, then
6050 executes the body of the loop that many times.
6052 If you make a mistake while entering the body of the loop,
6053 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
6055 @cindex Fibonacci numbers
6056 Here's another example:
6058 @smallexample
6059 @group
6060 3:  1               2:  10946
6061 2:  1               1:  17711
6062 1:  20                  .
6063     .
6065 1 @key{RET} @key{RET} 20       Z < @key{TAB} C-j + Z >
6066 @end group
6067 @end smallexample
6069 @noindent
6070 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
6071 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
6072 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
6073 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
6075 @cindex Golden ratio
6076 @cindex Phi, golden ratio
6077 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @cite{n}th
6078 Fibonacci number can be found directly by computing @c{$\phi^n / \sqrt{5}$}
6079 @cite{phi^n / sqrt(5)}
6080 and then rounding to the nearest integer, where @c{$\phi$ (``phi'')}
6081 @cite{phi}, the
6082 ``golden ratio,'' is @c{$(1 + \sqrt{5}) / 2$}
6083 @cite{(1 + sqrt(5)) / 2}.  (For convenience, this constant is available
6084 from the @code{phi} variable, or the @kbd{I H P} command.)
6086 @smallexample
6087 @group
6088 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
6089     .                   .                    .                    .
6091     I H P               21 ^                 5 Q /                R
6092 @end group
6093 @end smallexample
6095 @cindex Continued fractions
6096 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
6097 representation of @c{$\phi$}
6098 @cite{phi} is @c{$1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))$}
6099 @cite{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
6100 We can compute an approximate value by carrying this however far
6101 and then replacing the innermost @c{$1/( \ldots )$}
6102 @cite{1/( ...@: )} by 1.  Approximate
6103 @c{$\phi$}
6104 @cite{phi} using a twenty-term continued fraction.
6105 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
6107 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
6108 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
6109 vector @w{@cite{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
6110 vector, produces the vector @cite{[b, c]}, where @cite{a}, @cite{b} and
6111 @cite{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
6112 that, given an integer @cite{n}, computes the @cite{n}th Fibonacci number
6113 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
6115 @cindex Harmonic numbers
6116 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
6117 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
6118 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
6120 @smallexample
6121 @group
6122 3:  0               1:  3.597739
6123 2:  1                   .
6124 1:  20
6125     .
6127 0 @key{RET} 1 @key{RET} 20         Z ( & + 1 Z )
6128 @end group
6129 @end smallexample
6131 @noindent
6132 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
6133 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
6134 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
6135 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
6136 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
6137 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
6138 uses a step of one.
6140 This harmonic number function uses the stack to hold the running
6141 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
6142 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
6144 @smallexample
6145 @group
6146 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
6147     .         1:  20                                  .
6148                   .
6150     0 t 7       1 @key{RET} 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
6151 @end group
6152 @end smallexample
6154 @noindent
6155 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
6156 variable (and removes that value from the stack).
6158 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
6159 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6160 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6161 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6162 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6163 probably easier than using loops.  However, there are some
6164 situations where loops really are the way to go:
6166 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6167 harmonic number which is greater than 4.0.
6168 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6170 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6171 we have to worry about the programs clobbering values that the
6172 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6173 fix, though:
6175 @smallexample
6176 @group
6177     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6178                  .                .          2:  3.597739
6179                                              1:  0.6667
6180                                                  .
6182    Z `    p 4 @key{RET} 2 @key{RET} 3 /   s 7 s s a @key{RET}    Z '  r 7 s r a @key{RET}
6183 @end group
6184 @end smallexample
6186 @noindent
6187 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6188 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6189 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6190 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6191 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6192 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6193 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6194 the contents of the stack, and the values of named variables,
6195 survive past the @kbd{Z '} command.
6197 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6198 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6199 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6200 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6201 by the formula @c{$\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}$}
6202 @cite{2 n!@: / (2 pi)^n}.  Let's write a keyboard
6203 macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.  (Calc has a
6204 command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6205 this command is very slow for large @cite{n} since the higher
6206 Bernoulli numbers are very large fractions.)
6208 @smallexample
6209 @group
6210 1:  10               1:  0.0756823
6211     .                    .
6213     10     C-x ( @key{RET} 2 % Z [ @key{DEL} 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ @key{RET} = Z ] C-x )
6214 @end group
6215 @end smallexample
6217 @noindent
6218 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6219 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6220 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6221 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6222 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6223 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6224 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6226 The actual tenth Bernoulli number is @cite{5/66}.
6228 @smallexample
6229 @group
6230 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6231 2:  5:66             .              .              .              .
6232 1:  0.0757575
6233     .
6235 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
6236 @end group
6237 @end smallexample
6239 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6240 Bernoulli numbers.
6242 @smallexample
6243 @group
6244 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6245 2:  2                  .
6246 1:  30
6247     .
6249  [ ] 2 @key{RET} 30          Z ( X | 2 Z )
6250 @end group
6251 @end smallexample
6253 @noindent
6254 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6255 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6256 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6257 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6258 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6259 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6260 sequence of keystrokes.)
6262 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6263 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6264 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6265 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6266 ``while'' and ``until'' style loops.
6268 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6269 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6270 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6271 then enter the real one in the edit command.
6273 @smallexample
6274 @group
6275 1:  3                   1:  3           Keyboard Macro Editor.
6276     .                       .           Original keys: 1 @key{RET} 2 +
6278                                         type "1\r"
6279                                         type "2"
6280                                         calc-plus
6282 C-x ( 1 @key{RET} 2 + C-x )    Z K h @key{RET}      Z E h
6283 @end group
6284 @end smallexample
6286 @noindent
6287 This shows the screen display assuming you have the @file{macedit}
6288 keyboard macro editing package installed, which is usually the case
6289 since a copy of @file{macedit} comes bundled with Calc.
6291 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6292 @file{macedit} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6293 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6294 If a key or keys are simply shorthand for some command with a
6295 @kbd{M-x} name, that name is shown.  Anything that doesn't correspond
6296 to a @kbd{M-x} command is written as a @samp{type} command.
6298 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6299 First, erase the three lines of the old definition.  Then, type
6300 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6301 to copy it from this page of the Info file; you can skip typing
6302 the comments that begin with @samp{#}).
6304 @smallexample
6305 calc-kbd-push         # Save local values (Z `)
6306 type "0"              # Push a zero
6307 calc-store-into       # Store it in variable 1
6308 type "1"
6309 type "1"              # Initial value for loop
6310 calc-roll-down        # This is the @key{TAB} key; swap initial & final
6311 calc-kbd-for          # Begin "for" loop...
6312 calc-inv              #   Take reciprocal
6313 calc-store-plus       #   Add to accumulator
6314 type "1"
6315 type "1"              #   Loop step is 1
6316 calc-kbd-end-for      # End "for" loop
6317 calc-recall           # Now recall final accumulated value
6318 type "1"
6319 calc-kbd-pop          # Restore values (Z ')
6320 @end smallexample
6322 @noindent
6323 Press @kbd{M-# M-#} to finish editing and return to the Calculator.
6325 @smallexample
6326 @group
6327 1:  20         1:  3.597739
6328     .              .
6330     20             z h
6331 @end group
6332 @end smallexample
6334 If you don't know how to write a particular command in @file{macedit}
6335 format, you can always write it as keystrokes in a @code{type} command.
6336 There is also a @code{keys} command which interprets the rest of the
6337 line as standard Emacs keystroke names.  In fact, @file{macedit} defines
6338 a handy @code{read-kbd-macro} command which reads the current region
6339 of the current buffer as a sequence of keystroke names, and defines that
6340 sequence on the @kbd{X} (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so
6341 useful, Calc puts this command on the @kbd{M-# m} key.  Try reading in
6342 this macro in the following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}}) at
6343 one end of the text below, then type @kbd{M-# m} at the other.
6345 @example
6346 @group
6347 Z ` 0 t 1
6348     1 @key{TAB}
6349     Z (  & s + 1  1 Z )
6350     r 1
6351 Z '
6352 @end group
6353 @end example
6355 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6356 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6357 @cite{f(x) = 0} for any function @cite{f}, and an initial guess
6358 @cite{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6359 this formula over and over:
6361 @ifinfo
6362 @example
6363 new_x = x - f(x)/f'(x)
6364 @end example
6365 @end ifinfo
6366 @tex
6367 \beforedisplay
6368 $$ x_{\goodrm new} = x - {f(x) \over f'(x)} $$
6369 \afterdisplay
6370 @end tex
6372 @noindent
6373 where @cite{f'(x)} is the derivative of @cite{f}.  The @cite{x}
6374 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6375 @c{$x_{\rm new}$}
6376 @cite{new_x} and @cite{x} will be equal to within the limits
6377 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6378 involving the variable @cite{x}, and an initial guess @cite{x_0},
6379 on the stack, and produces a value of @cite{x} for which the formula
6380 is zero.  Use it to find a solution of @c{$\sin(\cos x) = 0.5$}
6381 @cite{sin(cos(x)) = 0.5}
6382 near @cite{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6383 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6384 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6386 @cindex Digamma function
6387 @cindex Gamma constant, Euler's
6388 @cindex Euler's gamma constant
6389 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function @c{$\psi(z)$ (``psi'')}
6390 @cite{psi(z)}
6391 is defined as the derivative of @c{$\ln \Gamma(z)$}
6392 @cite{ln(gamma(z))}.  For large
6393 values of @cite{z}, it can be approximated by the infinite sum
6395 @ifinfo
6396 @example
6397 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6398 @end example
6399 @end ifinfo
6400 @tex
6401 \let\rm\goodrm
6402 \beforedisplay
6403 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6404    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6406 \afterdisplay
6407 @end tex
6409 @noindent
6410 where @c{$\sum$}
6411 @cite{sum} represents the sum over @cite{n} from 1 to infinity
6412 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6413 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6414 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6415 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6416 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6417 @c{$\gamma = -\psi(1)$}
6418 @cite{gamma = -psi(1)}.  Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6419 for the above formula to work (5 is a much safer value for @cite{z}).
6420 Fortunately, we can compute @c{$\psi(1)$}
6421 @cite{psi(1)} from @c{$\psi(5)$}
6422 @cite{psi(5)} using
6423 the recurrence @c{$\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}$}
6424 @cite{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.  Your task:  Develop
6425 a program to compute @c{$\psi(z)$}
6426 @cite{psi(z)}; it should ``pump up'' @cite{z}
6427 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6428 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6429 to compute @c{$\gamma$}
6430 @cite{gamma} to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6431 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6432 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6434 @cindex Polynomial, list of coefficients
6435 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @cite{x} and
6436 a number @cite{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6437 @cite{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @cite{x^m}),
6438 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6439 notation.  For example, @cite{5 x^4 + (x + 1)^2} with @cite{m = 6}
6440 should produce the list @cite{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6441 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6442 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6444 @cindex Recursion
6445 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6446 first kind} are defined by the recurrences,
6448 @ifinfo
6449 @example
6450 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6451 s(n,0) = 0   for n > 0,
6452 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6453 @end example
6454 @end ifinfo
6455 @tex
6456 \turnoffactive
6457 \beforedisplay
6458 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6459              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6460              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6461                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6463 \afterdisplay
6464 \vskip5pt
6465 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6466 @end tex
6468 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6469 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6470 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6471 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6472 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6473 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6474 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6475 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6476 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6477 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6478 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6479 or @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6480 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6481 that computes Stirling numbers of the first kind, given @cite{n} and
6482 @cite{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6483 @cite{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6484 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6485 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6487 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6488 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6489 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6490 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6491 program can:
6493 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6494 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6495 rewrite rules.  Once again, @cite{n} and @cite{m} should be taken
6496 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6498 @example
6500 @end example
6501 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6502 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6503 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6504 @c [not-split]
6505 The rest of this manual tells the whole story.
6506 @c [when-split]
6507 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6509 @page
6510 @node Answers to Exercises, , Programming Tutorial, Tutorial
6511 @section Answers to Exercises
6513 @noindent
6514 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6516 @menu
6517 * RPN Answer 1::           1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -
6518 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6519 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6520 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6521 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6522 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6523 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6524 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6525 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6526 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6527 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6528 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6529 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6530 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6531 * Vector Answer 2::        Average position
6532 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6533 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6534 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6535 * List Answer 1::          Powers of two
6536 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6537 * List Answer 3::          Geometric mean
6538 * List Answer 4::          Divisor function
6539 * List Answer 5::          Duplicate factors
6540 * List Answer 6::          Triangular list
6541 * List Answer 7::          Another triangular list
6542 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6543 * List Answer 9::          Integers the hard way
6544 * List Answer 10::         All elements equal
6545 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6546 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6547 * List Answer 13::         Hash codes
6548 * List Answer 14::         Random walk
6549 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6550 * Types Answer 2::         Infinities
6551 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6552 * Types Answer 4::         Abbey Road
6553 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6554 * Types Answer 6::         Leap years
6555 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6556 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6557 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6558 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6559 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6560 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6561 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6562 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6563 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6564 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6565 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6566 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6567 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6568 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6569 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6570 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6571 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6572 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6573 * Rewrites Answer 6::      Defining 0^0 = 1
6574 * Rewrites Answer 7::      Truncated Taylor series
6575 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6576 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6577 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6578 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6579 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6580 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6581 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6582 * Programming Answer 8::   Newton's method
6583 * Programming Answer 9::   Digamma function
6584 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6585 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6586 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6587 @end menu
6589 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6590 @c being entered on the table of contents.
6591 @tex
6592 \global\let\oldwrite=\write
6593 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6594 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6595 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6596 @end tex
6598 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6599 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6601 @noindent
6602 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6604 The result is @c{$1 - (2 \times (3 + 4)) = -13$}
6605 @cite{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6607 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6608 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6610 @noindent
6611 @c{$2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75$}
6612 @cite{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6614 After computing the intermediate term @c{$2\times4 = 8$}
6615 @cite{2*4 = 8}, you can leave
6616 that result on the stack while you compute the second term.  With
6617 both of these results waiting on the stack you can then compute the
6618 final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6620 @smallexample
6621 @group
6622 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6623 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6624     .                         1:  9.5            .
6625                                   .
6627   2 @key{RET} 4          *          7 @key{RET} 9.5          *
6629 @end group
6630 @end smallexample
6631 @noindent
6632 @smallexample
6633 @group
6634 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6635 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6636 2:  5          1:  1.25           .
6637 1:  4              .
6638     .
6640   5 @key{RET} 4          /              +              +
6641 @end group
6642 @end smallexample
6644 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6645 with the third term.
6647 @smallexample
6648 @group
6649 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6650 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6651     .                         1:  4              .
6652                                   .
6654    ...             +            5 @key{RET} 4          /              +
6655 @end group
6656 @end smallexample
6658 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6659 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6660 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6661 you choose is purely a matter of taste.
6663 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6664 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6666 @noindent
6667 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6669 @smallexample
6670 @group
6671 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6672 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6673 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6674     .              .          1:  1              .              .
6675                                   .
6677                   @key{TAB}             1              +             @key{TAB}
6678 @end group
6679 @end smallexample
6681 Similarly, @kbd{M-@key{TAB}} gives you access to the number in level 3.
6683 @smallexample
6684 @group
6685 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6686 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6687 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6688     .              .              .              .              .
6690                   M-@key{TAB}           1 +           M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
6691 @end group
6692 @end smallexample
6694 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6695 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6697 @noindent
6698 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6699 but using both the comma and the space at once yields:
6701 @smallexample
6702 @group
6703 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6704     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6705                    .                             .              .
6707     (              2              ,             @key{SPC}            3 )
6708 @end group
6709 @end smallexample
6711 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6712 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6713 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6714 deletes just one component out of that object, so he had to press
6715 @key{DEL} twice to finish the job.
6717 @smallexample
6718 @group
6719 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6720 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6721     .              .              .
6723                   @key{TAB}            @key{DEL}            @key{DEL}
6724 @end group
6725 @end smallexample
6727 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6728 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-@key{DEL}}, to do just that.
6729 @kbd{M-@key{DEL}} is just like @kbd{@key{TAB} @key{DEL}}, except that it doesn't exhibit
6730 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6732 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6733 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6735 @noindent
6736 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6738 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6739 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6741 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6742 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @cite{3.0} whereas
6743 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @cite{3}.)
6745 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6746 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6748 @noindent
6749 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
6750 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
6751 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
6752 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
6754 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
6755 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
6757 @noindent
6758 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @cite{1 / 0}.
6759 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
6760 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
6761 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
6762 times anything is zero.''
6764 @c [fix-ref Infinities]
6765 The @kbd{m i} command enables an @dfn{infinite mode} in which @cite{1 / 0}
6766 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
6767 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
6768 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
6769 further discussion of infinite and indeterminate values.
6771 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
6772 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
6774 @noindent
6775 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
6776 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
6777 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
6778 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
6779 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
6780 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
6782 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
6783 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
6784 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
6785 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
6786 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
6787 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
6788 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
6789 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
6790 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
6791 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
6792 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
6794 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
6795 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
6796 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
6797 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
6798 inexact results would still be lurking there, but they would now be
6799 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
6800 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
6801 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
6802 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
6803 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
6805 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
6806 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
6807 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
6808 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
6809 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
6810 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
6811 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
6812 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
6813 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
6814 to tell two distinct numbers apart.
6816 An interesting side note is that most computers store their
6817 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
6818 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
6819 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
6820 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
6821 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
6822 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
6823 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
6824 in decimal display mode.
6826 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
6827 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
6828 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
6829 you use a relatively unusual radix like 3.
6831 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
6832 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
6834 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
6835 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
6836 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
6837 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
6838 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
6839 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
6840 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f @key{RET} e 15 @key{RET} *} is another
6841 way to enter this number.
6843 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
6844 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
6845 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
6846 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
6847 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
6848 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
6849 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
6851 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
6852 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
6854 @noindent
6855 The answer he got was @cite{0.5000000000006399}.
6857 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
6858 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
6859 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
6860 their inputs.
6862 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
6863 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
6864 commands decrease or increase a number by one unit in the last
6865 place (according to the current precision).  They are useful for
6866 determining facts like this.
6868 @smallexample
6869 @group
6870 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
6871     .                       .
6873     45 S                    2 ^
6875 @end group
6876 @end smallexample
6877 @noindent
6878 @smallexample
6879 @group
6880 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
6881     .                       .                       .
6883     U  @key{DEL}                  f [                     2 ^
6884 @end group
6885 @end smallexample
6887 A high-precision calculation must be carried out in high precision
6888 all the way.  The only number in the original problem which was known
6889 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
6890 before anything is done after the number 45 has been entered in order
6891 for the higher precision to be meaningful.
6893 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
6894 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
6896 @noindent
6897 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
6898 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
6899 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
6900 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
6901 of time.
6903 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
6904 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
6905 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
6906 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
6907 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
6908 calculation of the sum will not have this problem.
6910 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
6911 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
6912 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
6914 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
6915 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
6917 @noindent
6918 Dividing two integers that are larger than the current precision may
6919 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
6920 down to an integer.  Consider @cite{123456789 / 2} when the current
6921 precision is 6 digits.  The true answer is @cite{61728394.5}, but
6922 with a precision of 6 this will be rounded to @c{$12345700.0/2.0 = 61728500.0$}
6923 @cite{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
6924 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
6926 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
6927 floating-point round-off error is strictly to the right of the
6928 decimal point.  Or, convert to fraction mode so that @cite{123456789 / 2}
6929 produces the exact fraction @cite{123456789:2}, which can be rounded
6930 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
6931 format.
6933 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
6934 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
6936 @noindent
6937 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @cite{3:2}, but it
6938 does a floating-point calculation instead and produces @cite{1.5}.
6940 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
6941 or the reciprocal of an integer.  But there is no efficient way to search
6942 the space of all possible rational numbers for an exact answer, so Calc
6943 doesn't try.
6945 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
6946 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
6948 @noindent
6949 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
6950 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
6952 @smallexample
6953 @group
6954 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
6955     .          1:  3.74165738677      .                       .
6956                    .
6958     r 1            @key{RET} A              /                       A
6959 @end group
6960 @end smallexample
6962 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
6963 indeed have unit length.
6965 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
6966 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
6968 @noindent
6969 The average position is equal to the sum of the products of the
6970 positions times their corresponding probabilities.  This is the
6971 definition of the dot product operation.  So all you need to do
6972 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
6974 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
6975 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
6977 @noindent
6978 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
6979 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
6981 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
6982 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
6984 @ifinfo
6985 @example
6986 @group
6987    x + a y = 6
6988    x + b y = 10
6989 @end group
6990 @end example
6991 @end ifinfo
6992 @tex
6993 \turnoffactive
6994 \beforedisplay
6995 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
6996              x &+ b y = 10}
6998 \afterdisplay
6999 @end tex
7001 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
7002 matrix as usual.
7004 @smallexample
7005 @group
7006 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [6 - 4 a / (b - a), 4 / (b - a) ]
7007     .          1:  [ [ 1, a ]          .
7008                      [ 1, b ] ]
7009                    .
7011 ' [6 10] @key{RET}     ' [1 a; 1 b] @key{RET}      /
7012 @end group
7013 @end smallexample
7015 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable ``big'' display
7016 mode:
7018 @smallexample
7019 @group
7020           4 a     4
7021 1:  [6 - -----, -----]
7022          b - a  b - a
7023 @end group
7024 @end smallexample
7026 Type @kbd{d N} to return to ``normal'' display mode afterwards.
7028 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
7029 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
7031 @noindent
7032 To solve @c{$A^T A \, X = A^T B$}
7033 @cite{trn(A) * A * X = trn(A) * B}, first we compute
7034 @c{$A' = A^T A$}
7035 @cite{A2 = trn(A) * A} and @c{$B' = A^T B$}
7036 @cite{B2 = trn(A) * B}; now, we have a
7037 system @c{$A' X = B'$}
7038 @cite{A2 * X = B2} which we can solve using Calc's @samp{/}
7039 command.
7041 @ifinfo
7042 @example
7043 @group
7044     a + 2b + 3c = 6
7045    4a + 5b + 6c = 2
7046    7a + 6b      = 3
7047    2a + 4b + 6c = 11
7048 @end group
7049 @end example
7050 @end ifinfo
7051 @tex
7052 \turnoffactive
7053 \beforedisplayh
7054 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
7055 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
7056    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7057    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7058    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
7059   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
7060  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
7061  7a&+&6b& &  &=3 \cr
7062  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
7064 \afterdisplayh
7065 @end tex
7067 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
7068 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
7069 @c{$B'$}
7070 @cite{B2} vector.
7072 @smallexample
7073 @group
7074 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
7075       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
7076       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
7077       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
7078     .                             .
7080 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] @key{RET}  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
7081 @end group
7082 @end smallexample
7084 @noindent
7085 Now we compute the matrix @c{$A'$}
7086 @cite{A2} and divide.
7088 @smallexample
7089 @group
7090 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
7091 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
7092       [ 72, 81, 60 ]
7093       [ 39, 60, 81 ] ]
7094     .
7096     r 7 v t r 7 *             /
7097 @end group
7098 @end smallexample
7100 @noindent
7101 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
7102 round-off error.)
7104 Notice that the answers are similar to those for the @c{$3\times3$}
7105 @asis{3x3} system
7106 solved in the text.  That's because the fourth equation that was
7107 added to the system is almost identical to the first one multiplied
7108 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
7109 answer since the @c{$4\times3$}
7110 @asis{4x3} system would be equivalent to the original @c{$3\times3$}
7111 @asis{3x3}
7112 system.)
7114 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
7115 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
7116 the original system of equations to see how well they match.
7118 @smallexample
7119 @group
7120 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
7121 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
7122       [ 4, 5, 6 ]
7123       [ 7, 6, 0 ]
7124       [ 2, 4, 6 ] ]
7125     .
7127     r 7                            @key{TAB} *
7128 @end group
7129 @end smallexample
7131 @noindent
7132 This is reasonably close to our original @cite{B} vector,
7133 @cite{[6, 2, 3, 11]}.
7135 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7136 @subsection List Tutorial Exercise 1
7138 @noindent
7139 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7140 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7141 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7142 plain @samp{-} key will work just as well.
7144 @smallexample
7145 @group
7146 2:  2                              2:  2
7147 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7148     .                                  .
7150     2  v x 9 @key{RET}                       5 V M -   or   5 -
7151 @end group
7152 @end smallexample
7154 @noindent
7155 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7156 vector.
7158 @smallexample
7159 @group
7160 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7161     .
7163     V M ^
7164 @end group
7165 @end smallexample
7167 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7168 @subsection List Tutorial Exercise 2
7170 @noindent
7171 Given @cite{x} and @cite{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7172 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7174 @ifinfo
7175 @example
7176    m*x + b*1 = y
7177 @end example
7178 @end ifinfo
7179 @tex
7180 \turnoffactive
7181 \beforedisplay
7182 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7183 \afterdisplay
7184 @end tex
7186 Thus we want a @c{$19\times2$}
7187 @asis{19x2} matrix with our @cite{x} vector as one column and
7188 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7189 we combine the two columns to form our @cite{A} matrix.
7191 @smallexample
7192 @group
7193 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7194 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7195     .                                 [ 1.49, 1 ]
7196                                       @dots{}
7198     r 1 1 v b 19 @key{RET}                M-2 v p v t   s 3
7199 @end group
7200 @end smallexample
7202 @noindent
7203 Now we compute @c{$A^T y$}
7204 @cite{trn(A) * y} and @c{$A^T A$}
7205 @cite{trn(A) * A} and divide.
7207 @smallexample
7208 @group
7209 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7210     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7211                                 [  41.63,   19   ] ]
7212                               .
7214  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7215 @end group
7216 @end smallexample
7218 @noindent
7219 (Hey, those numbers look familiar!)
7221 @smallexample
7222 @group
7223 1:  [0.52141679, -0.425978]
7224     .
7226     /
7227 @end group
7228 @end smallexample
7230 Since we were solving equations of the form @c{$m \times x + b \times 1 = y$}
7231 @cite{m*x + b*1 = y}, these
7232 numbers should be @cite{m} and @cite{b}, respectively.  Sure enough, they
7233 agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and @kbd{V R}!
7235 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7236 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7237 arithmetic functions!
7239 @c [fix-ref Curve Fitting]
7240 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7241 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7243 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7244 @subsection List Tutorial Exercise 3
7246 @noindent
7247 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}} or
7248 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7249 and type @w{@kbd{M-# g}}.
7251 @smallexample
7252 @group
7253 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7254     .
7255 @end group
7256 @end smallexample
7258 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7259 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7261 @smallexample
7262 @group
7263 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7264 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7265     .                          .
7267     @key{RET}                        V R *
7269 @end group
7270 @end smallexample
7271 @noindent
7272 @smallexample
7273 @group
7274 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7275 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7276     .                          .
7278     @key{TAB}                        v l                 I ^
7279 @end group
7280 @end smallexample
7282 @noindent
7283 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7284 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7285 then raise the number to that power.)
7287 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7288 @subsection List Tutorial Exercise 4
7290 @noindent
7291 A number @cite{j} is a divisor of @cite{n} if @c{$n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0$}
7292 @samp{n % j = 0}.  The first
7293 step is to get a vector that identifies the divisors.
7295 @smallexample
7296 @group
7297 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7298 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7299     .                       .
7301  30 @key{RET} v x 30 @key{RET}   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7302 @end group
7303 @end smallexample
7305 @noindent
7306 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7308 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7309 The first divisor function is the sum of the divisors.
7311 @smallexample
7312 @group
7313 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7314            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7315            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7316                .
7318    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7319 @end group
7320 @end smallexample
7322 @noindent
7323 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7324 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7326 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7327 @subsection List Tutorial Exercise 5
7329 @noindent
7330 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7331 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7332 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7333 the list with a copy of itself shifted over by one.
7335 @smallexample
7336 @group
7337 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7338     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7339                            .                        .
7341     19551 k f              @key{RET} 0 |                  @key{TAB} 0 @key{TAB} |
7343 @end group
7344 @end smallexample
7345 @noindent
7346 @smallexample
7347 @group
7348 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7349     .                        .              .
7351     V M a =                  V R +          0 a =
7352 @end group
7353 @end smallexample
7355 @noindent
7356 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7357 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7358 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7359 the job is pretty straightforward.
7361 Incidentally, Calc provides the @c{\dfn{M\"obius} $\mu$}
7362 @dfn{Moebius mu} function which is
7363 zero if and only if its argument is square-free.  It would be a much
7364 more convenient way to do the above test in practice.
7366 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7367 @subsection List Tutorial Exercise 6
7369 @noindent
7370 First use @kbd{v x 6 @key{RET}} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7371 to get a list of lists of integers!
7373 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7374 @subsection List Tutorial Exercise 7
7376 @noindent
7377 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7378 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7380 @smallexample
7381 @group
7382 1:  [ [0],
7383       [0, 1],
7384       [0, 1, 2],
7385       @dots{}
7387     1 -
7388 @end group
7389 @end smallexample
7391 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7392 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @cite{n}th
7393 triangular number is the sum of the integers from 1 to @cite{n}, and
7394 can be computed directly by the formula @c{$n (n+1) \over 2$}
7395 @cite{n * (n+1) / 2}.
7397 @smallexample
7398 @group
7399 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7400 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7401     .                           .
7403     v x 6 @key{RET} 1 -               V M ' $ ($+1)/2 @key{RET}
7404 @end group
7405 @end smallexample
7407 @noindent
7408 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7409 result:
7411 @smallexample
7412 @group
7413 1:  [ [0],
7414       [1, 2],
7415       [3, 4, 5],
7416       [6, 7, 8, 9],
7417       [10, 11, 12, 13, 14],
7418       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7419       .
7421       V M +
7422 @end group
7423 @end smallexample
7425 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7426 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7427 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7428 triangular list.
7430 @smallexample
7431 @group
7432 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7433 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7434     .                           .
7436     @key{RET}                         V M V R +
7437 @end group
7438 @end smallexample
7440 @noindent
7441 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7442 since each element of the main vector is itself a small vector,
7443 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7445 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7446 @subsection List Tutorial Exercise 8
7448 @noindent
7449 The first step is to build a list of values of @cite{x}.
7451 @smallexample
7452 @group
7453 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7454     .                       .                       .
7456     v x 21 @key{RET}              1 -                     4 /  s 1
7457 @end group
7458 @end smallexample
7460 Next, we compute the Bessel function values.
7462 @smallexample
7463 @group
7464 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7465     .
7467     V M ' besJ(1,$) @key{RET}
7468 @end group
7469 @end smallexample
7471 @noindent
7472 (Another way to do this would be @kbd{1 @key{TAB} V M f j}.)
7474 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7475 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7477 @smallexample
7478 @group
7479 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7480 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7481     .                                                     .
7483     @key{RET} V R X                      V M a =                @key{RET} V R +    @key{DEL}
7484 @end group
7485 @end smallexample
7487 @noindent
7488 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7489 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of @c{$\sin x$}
7490 @cite{sin(x)}
7491 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7493 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7494 the maximum value of @cite{x}.  Now it is a simple matter to convert
7495 this back into the corresponding value itself.
7497 @smallexample
7498 @group
7499 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7500 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7501     .
7503     r 1                         V M *                    V R +
7504 @end group
7505 @end smallexample
7507 If @kbd{a =} had produced more than one @cite{1} value, this method
7508 would have given the sum of all maximum @cite{x} values; not very
7509 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7510 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7511 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7512 example, a vector of maximum @cite{x} values.
7514 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7515 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7516 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7518 @smallexample
7519 @group
7520 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7521 1:  [0 .. 5]                       .
7522     .
7524 ' besJ(1,x), [0..5] @key{RET}            a X x @key{RET}
7525 @end group
7526 @end smallexample
7528 @noindent
7529 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @cite{x}
7530 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7531 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7533 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7534 @subsection List Tutorial Exercise 9
7536 @noindent
7537 Step one is to convert our integer into vector notation.
7539 @smallexample
7540 @group
7541 1:  25129925999           3:  25129925999
7542     .                     2:  10
7543                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7544                               .
7546     25129925999 @key{RET}           10 @key{RET} 12 @key{RET} v x 12 @key{RET} -
7548 @end group
7549 @end smallexample
7550 @noindent
7551 @smallexample
7552 @group
7553 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7554 2:  [100000000000, ... ]         .
7555     .
7557     V M ^   s 1                  V M \
7558 @end group
7559 @end smallexample
7561 @noindent
7562 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7564 @smallexample
7565 @group
7566 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7567     .
7569     10 V M %   s 2
7570 @end group
7571 @end smallexample
7573 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7574 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7575 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7576 the right of it are nines.
7578 @smallexample
7579 @group
7580 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7581     .                                          .
7583     9 V M a =                                  v v
7585 @end group
7586 @end smallexample
7587 @noindent
7588 @smallexample
7589 @group
7590 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7591     .                              .
7593     V U *                          v v 1 |
7594 @end group
7595 @end smallexample
7597 @noindent
7598 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7599 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7600 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7601 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7602 rightmost digit.
7604 @smallexample
7605 @group
7606 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7607 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7608     .
7610     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7611 @end group
7612 @end smallexample
7614 @noindent
7615 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7616 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7617 digits that generated them.
7619 Finally, we must convert this list back into an integer.
7621 @smallexample
7622 @group
7623 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7624 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7625 1:  [100000000000, ... ]          .
7626     .
7628     10 @key{RET} 12 ^  r 1              |
7630 @end group
7631 @end smallexample
7632 @noindent
7633 @smallexample
7634 @group
7635 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7636     .                                            .
7638     V M *                                        V R +
7639 @end group
7640 @end smallexample
7642 @noindent
7643 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7644 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7646 @smallexample
7647 @group
7648 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7649     .                             .
7651                                   V R ' 10 $$ + $ @key{RET}
7652 @end group
7653 @end smallexample
7655 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7656 @subsection List Tutorial Exercise 10
7658 @noindent
7659 For the list @cite{[a, b, c, d]}, the result is @cite{((a = b) = c) = d},
7660 which will compare @cite{a} and @cite{b} to produce a 1 or 0, which is
7661 then compared with @cite{c} to produce another 1 or 0, which is then
7662 compared with @cite{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7664 Here's a more correct method:
7666 @smallexample
7667 @group
7668 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7669     .                    1:  7
7670                              .
7672   ' [7,7,7,8,7] @key{RET}          @key{RET} v r 1 @key{RET}
7674 @end group
7675 @end smallexample
7676 @noindent
7677 @smallexample
7678 @group
7679 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7680     .                        .
7682     V M a =                  V R *
7683 @end group
7684 @end smallexample
7686 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7687 @subsection List Tutorial Exercise 11
7689 @noindent
7690 The circle of unit radius consists of those points @cite{(x,y)} for which
7691 @cite{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @cite{x^2}
7692 and a vector of @cite{y^2}.
7694 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7695 commands.
7697 @smallexample
7698 @group
7699 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7700 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7701     .                              .
7703  v . t .  2. v b 100 @key{RET} @key{RET}       V M k r
7705 @end group
7706 @end smallexample
7707 @noindent
7708 @smallexample
7709 @group
7710 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7711 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7712     .                              .
7714     1 -  2 V M ^                   @key{TAB}  V M k r  1 -  2 V M ^
7715 @end group
7716 @end smallexample
7718 Now we sum the @cite{x^2} and @cite{y^2} values, compare with 1 to
7719 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7721 @smallexample
7722 @group
7723 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
7724     .                              .                     .
7726     +                              1 V M a <             V R +
7727 @end group
7728 @end smallexample
7730 @noindent
7731 The ratio @cite{84/100} should approximate the ratio @c{$\pi/4$}
7732 @cite{pi/4}.
7734 @smallexample
7735 @group
7736 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
7737     .              .          1:  3.14159        .
7739     100 /          4 *            P              /
7740 @end group
7741 @end smallexample
7743 @noindent
7744 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
7745 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
7746 not very efficient!
7748 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
7749 will be slightly different from the one shown here!)
7751 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7752 return to full-sized display of vectors.
7754 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
7755 @subsection List Tutorial Exercise 12
7757 @noindent
7758 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
7759 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
7760 @cite{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @cite{x}
7761 component for one end of the match, pick a random direction @c{$\theta$}
7762 @cite{theta},
7763 and see if @cite{x} and @c{$x + \cos \theta$}
7764 @cite{x + cos(theta)} (which is the @cite{x}
7765 coordinate of the other endpoint) cross a line.  The lines are at
7766 integer coordinates, so this happens when the two numbers surround
7767 an integer.
7769 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
7770 of the two endpoints as @cite{x}.  Then @cite{theta} is an angle pointing
7771 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
7772 it would feel like cheating to refer to @c{$\pi/2$}
7773 @cite{pi/2} radians while trying
7774 to estimate @c{$\pi$}
7775 @cite{pi}!)
7777 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
7778 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
7779 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
7780 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
7781 Pick random @cite{x} and @c{$\theta$}
7782 @cite{theta}, compute @c{$x + \cos \theta$}
7783 @cite{x + cos(theta)},
7784 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
7786 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7787 commands.
7789 @smallexample
7790 @group
7791 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
7792     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
7793                                    .
7795 v . t . 1. v b 100 @key{RET}  V M k r    180. v b 100 @key{RET}  V M k r  90 -
7796 @end group
7797 @end smallexample
7799 @noindent
7800 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
7802 @smallexample
7803 @group
7804 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
7805 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
7806     .
7808     m d  V M C                     +
7810 @end group
7811 @end smallexample
7812 @noindent
7813 @smallexample
7814 @group
7815 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
7816     .                        .                   .
7818     1 V M a >                V R + 100 /         2 @key{TAB} /
7819 @end group
7820 @end smallexample
7822 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
7823 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
7824 a random integer.
7826 @smallexample
7827 @group
7828 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
7829 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
7830     .                                      .
7832     1000000 v b 100 @key{RET} @key{RET}                V M k r  @key{TAB}  V M k r
7834 @end group
7835 @end smallexample
7836 @noindent
7837 @smallexample
7838 @group
7839 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
7840     .                        .                      .
7842     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
7844 @end group
7845 @end smallexample
7846 @noindent
7847 @smallexample
7848 @group
7849 1:  10.714        1:  3.273
7850     .                 .
7852     6 @key{TAB} /           Q
7853 @end group
7854 @end smallexample
7856 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
7857 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
7859 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7860 return to full-sized display of vectors.
7862 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
7863 @subsection List Tutorial Exercise 13
7865 @noindent
7866 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
7868 @smallexample
7869 @group
7870 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
7871     .
7873     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}
7874 @end group
7875 @end smallexample
7877 @noindent
7878 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
7879 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
7880 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
7881 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
7883 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
7884 if the input vector is @cite{[a, b, c, d]}, then the hash code is
7885 @cite{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
7886 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
7888 @smallexample
7889 @group
7890 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
7891 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
7892     .                              .
7894     @key{RET} v l                        v x 16 @key{RET} -
7896 @end group
7897 @end smallexample
7898 @noindent
7899 @smallexample
7900 @group
7901 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
7902 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
7903     .
7905     3 @key{TAB} V M ^                    *                 511 %
7906 @end group
7907 @end smallexample
7909 @noindent
7910 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
7911 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
7912 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
7913 function of two arguments that computes its first argument times three
7914 plus its second argument.
7916 @smallexample
7917 @group
7918 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
7919     .                              .
7921     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' 3$$+$ @key{RET}
7922 @end group
7923 @end smallexample
7925 @noindent
7926 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
7927 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
7928 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
7930 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
7931 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
7932 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
7933 without affecting the result.  While this means there are more
7934 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
7935 the operations are faster.
7937 @smallexample
7938 @group
7939 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
7940     .                              .
7942     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' (3$$+$)%511 @key{RET}
7943 @end group
7944 @end smallexample
7946 Why does this work?  Think about a two-step computation:
7947 @w{@cite{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
7948 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
7949 So the result when we take the modulo after every step is,
7951 @ifinfo
7952 @example
7953 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
7954 @end example
7955 @end ifinfo
7956 @tex
7957 \turnoffactive
7958 \beforedisplay
7959 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
7960 \afterdisplay
7961 @end tex
7963 @noindent
7964 for some suitable integers @cite{m} and @cite{n}.  Expanding out by
7965 the distributive law yields
7967 @ifinfo
7968 @example
7969 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
7970 @end example
7971 @end ifinfo
7972 @tex
7973 \turnoffactive
7974 \beforedisplay
7975 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
7976 \afterdisplay
7977 @end tex
7979 @noindent
7980 The @cite{m} term in the latter formula is redundant because any
7981 contribution it makes could just as easily be made by the @cite{n}
7982 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
7983 @cite{n' = 3m + n},
7985 @ifinfo
7986 @example
7987 9 a + 3 b + c - 511 n'
7988 @end example
7989 @end ifinfo
7990 @tex
7991 \turnoffactive
7992 \beforedisplay
7993 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n' $$
7994 \afterdisplay
7995 @end tex
7997 @noindent
7998 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
7999 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
8001 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
8002 basically automate the idea of reducing every intermediate result
8003 modulo some value @var{m}.
8005 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
8006 @subsection List Tutorial Exercise 14
8008 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
8009 step to an @cite{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
8010 otherwise the problem is quite straightforward.
8012 @smallexample
8013 @group
8014 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
8015 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
8016     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
8017                      ...
8019     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> @key{RET}
8020 @end group
8021 @end smallexample
8023 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
8024 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
8025 before nesting even begins.
8027 We now have a vector of @cite{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
8028 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
8029 to get a pair of vectors, @cite{x} and @cite{y}, suitable for graphing.
8031 @smallexample
8032 @group
8033 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
8034 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
8035     .
8037     v t  v u  g f
8038 @end group
8039 @end smallexample
8041 Incidentally, because the @cite{x} and @cite{y} are completely
8042 independent in this case, we could have done two separate commands
8043 to create our @cite{x} and @cite{y} vectors of numbers directly.
8045 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
8046 a random direction exactly gives us an @cite{[x, y]} step of unit
8047 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
8048 we might want to lower the precision a bit for it.
8050 @smallexample
8051 @group
8052 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
8053 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
8054     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
8055                      ...
8057     [0,0] 50   m d  p 6 @key{RET}   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> @key{RET}
8058 @end group
8059 @end smallexample
8061 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
8063 An interesting twist on these random walk functions would be to use
8064 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
8065 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
8066 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
8067 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
8068 Schwartz.)
8070 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
8071 @subsection Types Tutorial Exercise 1
8073 @noindent
8074 If the number is the square root of @c{$\pi$}
8075 @cite{pi} times a rational number,
8076 then its square, divided by @c{$\pi$}
8077 @cite{pi}, should be a rational number.
8079 @smallexample
8080 @group
8081 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
8082     .                    .                    .
8084                          2 ^ P /              c F
8085 @end group
8086 @end smallexample
8088 @noindent
8089 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
8090 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
8091 happens to be the fraction which most closely represents some
8092 irrational number to within 12 digits.
8094 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
8095 precision slightly and try again:
8097 @smallexample
8098 @group
8099 1:  0.509433962268     1:  27:53
8100     .                      .
8102     U p 10 @key{RET}             c F
8103 @end group
8104 @end smallexample
8106 @noindent
8107 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
8108 this simple to within ten digits, so our original number was probably
8109 @c{$\sqrt{27 \pi / 53}$}
8110 @cite{sqrt(27 pi / 53)}.
8112 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
8113 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
8114 to the current precision before they begin.
8116 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
8117 @subsection Types Tutorial Exercise 2
8119 @noindent
8120 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
8121 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
8123 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
8124 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
8125 far as Calc is concerned all infinities are as just as big.
8126 In other words, as @cite{x} goes to infinity, @cite{e^x} also goes
8127 to infinity, but the fact the @cite{e^x} grows much faster than
8128 @cite{x} is not relevant here.
8130 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8131 the input is infinite.
8133 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @cite{(0, 1)}
8134 represents the imaginary number @cite{i}.  Here's a derivation:
8135 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8136 The first part is, by definition, @cite{i}; the second is @code{inf}
8137 because, once again, all infinities are the same size.
8139 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8140 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8141 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8142 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8144 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @cite{x} points,
8145 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8147 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8148 input.  As in the @cite{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8149 here if you have turned on ``infinite'' mode.  Otherwise, it will
8150 treat @samp{ln(0)} as an error.
8152 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8153 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8155 @noindent
8156 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8157 @cite{a}, just by claiming that we added @cite{a} to the first
8158 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8159 values of @cite{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8160 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8161 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8163 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8164 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8165 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8166 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8168 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8169 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8170 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8171 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8172 unable to tell what the true answer is.
8174 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8175 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8177 @smallexample
8178 @group
8179 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8180 1:  17                          .
8181     .
8183     0@@ 47' 26" @key{RET} 17           /
8184 @end group
8185 @end smallexample
8187 @noindent
8188 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8190 @smallexample
8191 @group
8192 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8193 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8194     .
8196     20"                      +                      17 *
8197 @end group
8198 @end smallexample
8200 @noindent
8201 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8203 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8204 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8206 @noindent
8207 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8208 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8209 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8211 @smallexample
8212 @group
8213 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8214     .                         .                        .
8216     ' <2/13> @key{RET}       @key{DEL}    ' <3/13> @key{RET}             t I
8217 @end group
8218 @end smallexample
8220 @noindent
8221 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8223 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8224 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8225 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8226 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8227 argument is exactly what we want to map over:
8229 @smallexample
8230 @group
8231 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8232 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8233     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8234                                .
8236     v x 6 @key{RET}                  V M t I
8237 @end group
8238 @end smallexample
8240 @noindent
8241 Et voil@`a, September 13, 1991 is a Friday.
8243 @smallexample
8244 @group
8245 1:  242
8246     .
8248 ' <sep 13> - <jan 14> @key{RET}
8249 @end group
8250 @end smallexample
8252 @noindent
8253 And the answer to our original question:  242 days to go.
8255 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8256 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8258 @noindent
8259 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8260 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8261 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8262 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8263 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8264 don't know the leap year rule.
8266 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8267 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8268 the number of days between now and then, and compare that to the
8269 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8270 equal to the number of leap years there were.
8272 @smallexample
8273 @group
8274 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8275     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8276                                .
8278   ' <jan 1 10001> @key{RET}         ' <jan 1 1991> @key{RET}          -
8280 @end group
8281 @end smallexample
8282 @noindent
8283 @smallexample
8284 @group
8285 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8286 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8287 1:  1991              .               .
8288     .
8290   10001 @key{RET} 1991      -               365 *           -
8291 @end group
8292 @end smallexample
8294 @c [fix-ref Date Forms]
8295 @noindent
8296 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8297 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8298 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8299 background information in that regard.)
8301 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8302 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8304 @noindent
8305 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8306 @samp{+/-} notation may be used.
8308 @smallexample
8309 @group
8310 1:  1.              2:  1.
8311     .               1:  0.2
8312                         .
8314     20 @key{RET} .05 *        4 @key{RET} .05 *
8315 @end group
8316 @end smallexample
8318 Now we simply chug through the formula.
8320 @smallexample
8321 @group
8322 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8323     .                    .                        .
8325     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 @key{RET} 2 ^ *
8326 @end group
8327 @end smallexample
8329 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8330 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8332 @smallexample
8333 @group
8334 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8335 2:  6316.5                1:  0.1118
8336 1:  706.21                    .
8337     .
8339     @key{RET} v u                   @key{TAB} /
8340 @end group
8341 @end smallexample
8343 @noindent
8344 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8346 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8347 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8349 @noindent
8350 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8351 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8352 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8353 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8354 but with no upper bound.
8356 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8358 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8359 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8360 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8361 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8363 If you turn on ``infinite'' mode by pressing @kbd{m i}, you will
8364 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8365 as a possible value.
8367 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8368 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8369 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8370 will be either greater than @i{0.1}, or less than @i{-0.1}.  Thus
8371 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8372 in it from @i{-0.1} to @i{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8373 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8374 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8375 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8376 that interval arithmetic can do in this case.
8378 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8379 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8381 @smallexample
8382 @group
8383 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8384     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8385                         .                 .
8387     [ 3 n .. 3 ]        @key{RET} 2 ^           @key{TAB} @key{RET} *
8388 @end group
8389 @end smallexample
8391 @noindent
8392 In the first case the result says, ``if a number is between @i{-3} and
8393 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8394 of two numbers each between @i{-3} and 3 is between @i{-9} and 9.''
8396 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8397 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8398 for different numbers.
8400 The same issue arises when you try to square an error form.
8402 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8403 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8405 @noindent
8406 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @cite{x}.
8408 @smallexample
8409 @group
8410 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8411     .                      811749612              .
8412                            .
8414     17 M 811749613 @key{RET}     811749612              ^
8415 @end group
8416 @end smallexample
8418 @noindent
8419 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8420 must not be prime.
8422 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8423 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8424 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8425 use this method to test the second number.
8427 @smallexample
8428 @group
8429 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8430 1:  15485863                           .
8431     .
8433  [17 42 100000] 15485863 @key{RET}           V M ' ($$ mod $)^($-1) @key{RET}
8434 @end group
8435 @end smallexample
8437 @noindent
8438 The result is three ones (modulo @cite{n}), so it's very probable that
8439 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8441 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8442 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8443 the power using full integer arithmetic.
8445 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8446 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8447 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8448 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8450 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8451 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8453 @noindent
8454 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8455 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8456 multiply the number by an HMS form representing one second:
8458 @smallexample
8459 @group
8460 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8461     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8462                           .
8464     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8466 @end group
8467 @end smallexample
8468 @noindent
8469 @smallexample
8470 @group
8471 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8472 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8473     .
8475     x time @key{RET}                         +
8476 @end group
8477 @end smallexample
8479 @noindent
8480 It will be just after six in the morning.
8482 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8483 HMS form:
8485 @smallexample
8486 @group
8487 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8488     .                                 .
8490   ' hms(0, 0, 1e7 pi) @key{RET}             =
8491 @end group
8492 @end smallexample
8494 @noindent
8495 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8496 the actual number 3.14159...
8498 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8499 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8501 @noindent
8502 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8503 each.
8505 @smallexample
8506 @group
8507 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8508 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8509     .
8511     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8513 @end group
8514 @end smallexample
8515 @noindent
8516 @smallexample
8517 @group
8518 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8519     .
8521     17 *
8522 @end group
8523 @end smallexample
8525 @noindent
8526 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8528 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8529 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8531 @noindent
8532 Type @kbd{' 1 yr @key{RET} u c s @key{RET}}.  The answer is 31557600 seconds.
8534 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8535 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8537 @noindent
8538 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8539 to the other?
8541 @smallexample
8542 @group
8543 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8544     .                 .
8546  ' 1 m / c @key{RET}        u c ns @key{RET}
8547 @end group
8548 @end smallexample
8550 @noindent
8551 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8553 @smallexample
8554 @group
8555 1:  3.3356 ns     1:  0.81356 ns / ns     1:  0.81356
8556 2:  4.1 ns            .                       .
8557     .
8559   ' 4.1 ns @key{RET}        /                       u s
8560 @end group
8561 @end smallexample
8563 @noindent
8564 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8565 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8566 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8568 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8569 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8571 @noindent
8572 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8573 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8575 @smallexample
8576 @group
8577 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8578     .              1:  5 yd / hr            .
8579                        .
8581   ' 55 mph @key{RET}       ' 5 yd/hr @key{RET}          /
8582 @end group
8583 @end smallexample
8585 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8586 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8587 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8589 @smallexample
8590 @group
8591 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8592     .            1:  2                .
8593                      .
8595     u s              2                B
8596 @end group
8597 @end smallexample
8599 @noindent
8600 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8602 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8603 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8605 @noindent
8606 @c [fix-ref Declarations]
8607 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @cite{x} by the
8608 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8609 if @w{@cite{x = -4}}.)  If @cite{x} is real, this formula could be
8610 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8611 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8612 that @cite{x} is known to be real.)
8614 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8615 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8617 @noindent
8618 Suppose our roots are @cite{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8619 is zero when @cite{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8620 @cite{x-a} is zero when @cite{x=a}, so the product @cite{(x-a)(x-b)(x-c)}
8621 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8622 familiar form.
8624 @smallexample
8625 @group
8626 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8627     .                          .
8629     r 2                        a P x @key{RET}
8631 @end group
8632 @end smallexample
8633 @noindent
8634 @smallexample
8635 @group
8636 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  (x - 1.19023) (x + 1.19023) x
8637     .                                     .
8639     V M ' x-$ @key{RET}                         V R *
8641 @end group
8642 @end smallexample
8643 @noindent
8644 @smallexample
8645 @group
8646 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8647     .                          .
8649     a c x @key{RET}                  24 n *  a x
8650 @end group
8651 @end smallexample
8653 @noindent
8654 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8655 same as the original polynomial.
8657 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8658 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8660 @smallexample
8661 @group
8662 1:  x sin(pi x)         1:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8663     .                       .
8665   ' x sin(pi x) @key{RET}   m r   a i x @key{RET}
8667 @end group
8668 @end smallexample
8669 @noindent
8670 @smallexample
8671 @group
8672 1:  [y, 1]
8673 2:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8674     .
8676   ' [y,1] @key{RET} @key{TAB}
8678 @end group
8679 @end smallexample
8680 @noindent
8681 @smallexample
8682 @group
8683 1:  [(sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2, (sin(pi) - pi cos(pi)) / pi^2]
8684     .
8686     V M $ @key{RET}
8688 @end group
8689 @end smallexample
8690 @noindent
8691 @smallexample
8692 @group
8693 1:  (sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2 + (pi cos(pi) - sin(pi)) / pi^2
8694     .
8696     V R -
8698 @end group
8699 @end smallexample
8700 @noindent
8701 @smallexample
8702 @group
8703 1:  (sin(3.14159 y) - 3.14159 y cos(3.14159 y)) / 9.8696 - 0.3183
8704     .
8706     =
8708 @end group
8709 @end smallexample
8710 @noindent
8711 @smallexample
8712 @group
8713 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8714     .
8716     v x 5 @key{RET}  @key{TAB}  V M $ @key{RET}
8717 @end group
8718 @end smallexample
8720 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8721 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8723 @noindent
8724 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
8725 the contributions from the slices, since the slices have varying
8726 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
8727 coefficients.  Here's one way:
8729 @smallexample
8730 @group
8731 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
8732 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
8733     .                      .
8735     1 n v x 9 @key{RET}          V M ^  3 @key{TAB}             -
8737 @end group
8738 @end smallexample
8739 @noindent
8740 @smallexample
8741 @group
8742 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8743     .                          .
8745     1 |                        1 @key{TAB} |
8746 @end group
8747 @end smallexample
8749 @noindent
8750 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
8751 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
8753 @smallexample
8754 @group
8755 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8756 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
8757     .
8759  11 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}  C-u v x
8761 @end group
8762 @end smallexample
8763 @noindent
8764 @smallexample
8765 @group
8766 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8767 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
8768     .
8770     ' sin(x) ln(x) @key{RET}   m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
8771 @end group
8772 @end smallexample
8774 @noindent
8775 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
8776 same thing.
8778 @smallexample
8779 @group
8780 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
8781     .              .              .
8783     *              .1 *           3 /
8784 @end group
8785 @end smallexample
8787 @noindent
8788 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
8790 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
8791 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
8793 @noindent
8794 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
8796 @smallexample
8797 @group
8798                                                ___
8799                                           2 + V 2
8800 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  --------
8801     .                                          ___
8802                                           1 + V 2
8804                                           .
8806   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) @key{RET}         d B
8807 @end group
8808 @end smallexample
8810 @noindent
8811 Multiplying by the conjugate helps because @cite{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
8813 @smallexample
8814 @group
8815           ___    ___
8816 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
8817     .
8819   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) @key{RET}
8821 @end group
8822 @end smallexample
8823 @noindent
8824 @smallexample
8825 @group
8826          ___                         ___
8827 1:  2 + V 2  - 2                1:  V 2
8828     .                               .
8830   a r a*(b+c) := a*b + a*c          a s
8831 @end group
8832 @end smallexample
8834 @noindent
8835 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
8836 second step.)
8838 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
8839 different circumstances, such as when the denominator involves
8840 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
8842 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
8843 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
8845 @noindent
8846 Here is the rule set:
8848 @smallexample
8849 @group
8850 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
8851   fib(1, x, y) := x,
8852   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
8853 @end group
8854 @end smallexample
8856 @noindent
8857 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
8858 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
8859 second rule converts back from three-argument form once the computation
8860 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
8861 says that if @cite{x} and @cite{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
8862 then @cite{y} and @cite{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
8863 numbers.
8865 Notice that because the number @cite{n} was ``validated'' by the
8866 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
8867 the other rules because the rule set would never get that far unless
8868 the input were valid.  That further speeds computation, since no
8869 extra conditions need to be checked at every step.
8871 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
8872 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
8873 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
8874 help keep this from happening by accident would be to use something like
8875 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
8876 function.
8878 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
8879 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
8881 @noindent
8882 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
8883 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
8884 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
8885 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
8886 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
8887 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
8888 to make sure the rule applied only once.
8890 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
8891 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
8892 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
8893 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
8894 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
8895 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
8896 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
8897 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
8898 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
8900 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
8901 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
8903 @noindent
8904 @ignore
8905 @starindex
8906 @end ignore
8907 @tindex seq
8908 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
8910 @smallexample
8911 @group
8912 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
8913   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
8914 @end group
8915 @end smallexample
8917 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
8918 rules produces the following sequence of formulas:
8920 @example
8921 seq( 3, 1)
8922 seq(10, 2)
8923 seq( 5, 3)
8924 seq(16, 4)
8925 seq( 8, 5)
8926 seq( 4, 6)
8927 seq( 2, 7)
8928 seq( 1, 8)
8929 @end example
8931 @noindent
8932 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
8934 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
8936 @smallexample
8937 @group
8938 [ seq(n) := seq(n, 0),
8939   seq(1, c) := c,
8940   ... ]
8941 @end group
8942 @end smallexample
8944 @noindent
8945 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
8946 as the result.
8948 The change to return a vector is quite simple:
8950 @smallexample
8951 @group
8952 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
8953   seq(1, v) := v | 1,
8954   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
8955   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
8956 @end group
8957 @end smallexample
8959 @noindent
8960 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
8962 Notice that the @cite{n > 1} guard is no longer necessary on the last
8963 rule since the @cite{n = 1} case is now detected by another rule.
8964 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
8965 initial value is suitable before the computation begins.
8967 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
8968 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
8969 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
8970 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
8971 apply and the rewrites will stop right away.
8973 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
8974 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
8976 @noindent
8977 @ignore
8978 @starindex
8979 @end ignore
8980 @tindex nterms
8981 If @cite{x} is the sum @cite{a + b}, then `@t{nterms(}@var{x}@t{)}' must
8982 be `@t{nterms(}@var{a}@t{)}' plus `@t{nterms(}@var{b}@t{)}'.  If @cite{x}
8983 is not a sum, then `@t{nterms(}@var{x}@t{)}' = 1.
8985 @smallexample
8986 @group
8987 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
8988   nterms(x)     := 1 ]
8989 @end group
8990 @end smallexample
8992 @noindent
8993 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
8994 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
8995 already know that @samp{x} is not a sum.
8997 @node Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 7, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
8998 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
9000 Just put the rule @samp{0^0 := 1} into @code{EvalRules}.  For example,
9001 before making this definition we have:
9003 @smallexample
9004 @group
9005 2:  [-2, -1, 0, 1, 2]                1:  [1, 1, 0^0, 1, 1]
9006 1:  0                                    .
9007     .
9009     v x 5 @key{RET}  3 -  0                    V M ^
9010 @end group
9011 @end smallexample
9013 @noindent
9014 But then:
9016 @smallexample
9017 @group
9018 2:  [-2, -1, 0, 1, 2]                1:  [1, 1, 1, 1, 1]
9019 1:  0                                    .
9020     .
9022     U  ' 0^0:=1 @key{RET} s t EvalRules @key{RET}    V M ^
9023 @end group
9024 @end smallexample
9026 Perhaps more surprisingly, this rule still works with infinite mode
9027 turned on.  Calc tries @code{EvalRules} before any built-in rules for
9028 a function.  This allows you to override the default behavior of any
9029 Calc feature:  Even though Calc now wants to evaluate @cite{0^0} to
9030 @code{nan}, your rule gets there first and evaluates it to 1 instead.
9032 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
9033 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
9034 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
9036 @node Rewrites Answer 7, Programming Answer 1, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
9037 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 7
9039 @noindent
9040 Here is a rule set that will do the job:
9042 @smallexample
9043 @group
9044 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
9045   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
9046      :: constant(a) :: constant(b),
9047   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
9048      :: constant(a) :: constant(b),
9049   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
9050   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
9051   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
9052 @end group
9053 @end smallexample
9055 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
9056 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
9057 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
9058 say, @code{O}, first.
9060 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
9061 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
9062 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
9063 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
9064 you if you put it into @code{EvalRules}!
9066 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
9067 The optional constant coefficients are there mostly so that
9068 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
9069 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
9071 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
9073 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
9074 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
9075 with @samp{a = 1/4}.)
9077 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
9078 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
9079 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
9080 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
9081 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
9083 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
9085 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
9086 that represents truncated power series.  We might represent these as
9087 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
9088 a vector of coefficients for @cite{x^0}, @cite{x^1}, @cite{x^2}, and so
9089 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
9090 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
9091 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
9092 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
9093 you could still enter power series in exactly the same notation as
9094 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
9095 although the objects would be a bit harder to read.
9097 @c [fix-ref Compositions]
9098 Some other symbolic math programs provide a power series data type
9099 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
9100 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
9101 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
9102 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
9103 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
9104 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
9105 objects have a special display format that makes them look like
9106 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
9107 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
9108 this it would probably be better to write the formatting routine
9109 in Lisp.)
9111 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 7, Answers to Exercises
9112 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
9114 @noindent
9115 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
9116 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
9117 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
9118 change this to @samp{(x)} since @cite{t} is really a dummy variable
9119 to be used within @code{ninteg}.
9121 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si @key{RET} @key{RET} C-b C-b @key{DEL} @key{DEL} @key{RET} y}.
9122 (The @kbd{C-b C-b @key{DEL} @key{DEL}} are what fix the argument list.)
9124 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
9125 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
9127 @noindent
9128 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
9129 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-@key{TAB} n M-@key{TAB} M-@key{TAB} C-x )}.
9131 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
9132 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
9134 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
9135 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
9136 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
9138 Just for kicks, let's also do it algebraically:
9139 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ @key{RET} C-x )}}.
9141 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
9142 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
9144 @noindent
9145 Each of these functions can be computed using the stack, or using
9146 algebraic entry, whichever way you prefer:
9148 @noindent
9149 Computing @c{$\displaystyle{\sin x \over x}$}
9150 @cite{sin(x) / x}:
9152 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{RET} S @key{TAB} /  C-x )}.
9154 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ @key{RET}  C-x )}.
9156 @noindent
9157 Computing the logarithm:
9159 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{TAB} B  C-x )}
9161 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) @key{RET}  C-x )}.
9163 @noindent
9164 Computing the vector of integers:
9166 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 @key{RET} 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9167 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9168 from the stack.)
9170 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9171 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9172 next command.)
9174 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) @key{RET}  C-x )}.
9176 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9177 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9179 @noindent
9180 Here's one way:  @kbd{C-x ( @key{RET} V R + @key{TAB} v l / C-x )}.
9182 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9183 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9185 @smallexample
9186 @group
9187 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9188 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9189     .                                            .
9191    1 @key{RET} 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9192 @end group
9193 @end smallexample
9195 @noindent
9196 This answer is quite accurate.
9198 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9199 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9201 @noindent
9202 Here is the matrix:
9204 @example
9205 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9206   [ 1, 1 ] ]
9207 @end example
9209 @noindent
9210 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @cite{n+1}
9211 and @cite{n+2}.  Here's one program that does the job:
9213 @example
9214 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] @key{RET} v u @key{DEL} C-x )
9215 @end example
9217 @noindent
9218 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9219 matrix (or other value) to the power @cite{n} in only @c{$\log_2 n$}
9220 @cite{log(n,2)}
9221 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9222 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9223 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9224 required so many steps that it would not have been practical.
9226 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9227 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9229 @noindent
9230 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9231 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9232 a separate variable to hold the integer counter.
9234 @smallexample
9235 @group
9236 1:  1          2:  1       1:  .
9237     .          1:  4
9238                    .
9240     1 t 1       1 @key{RET} 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9241 @end group
9242 @end smallexample
9244 @noindent
9245 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9246 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9247 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9248 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9249 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9250 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9251 loop counter exceeds 4.
9253 @smallexample
9254 @group
9255 2:  31                  3:  31
9256 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9257     .                   1:  4.02724519544
9258                             .
9260     r 1 r 2                 @key{RET} 31 & +
9261 @end group
9262 @end smallexample
9264 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9265 harmonic number is 4.02.
9267 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9268 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9270 @noindent
9271 The first step is to compute the derivative @cite{f'(x)} and thus
9272 the formula @c{$\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}$}
9273 @cite{x - f(x)/f'(x)}.
9275 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9276 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9277 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9278 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9279 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9280 just for purposes of illustration.)
9282 @smallexample
9283 @group
9284 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9285 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9286     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9287                                      .
9289 ' sin(cos(x))-0.5 @key{RET} 4.5  m r  C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}
9291 @end group
9292 @end smallexample
9293 @noindent
9294 @smallexample
9295 @group
9296 2:  4.5
9297 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9298     .
9300     /  ' x @key{RET} @key{TAB} -   t 1
9301 @end group
9302 @end smallexample
9304 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9305 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9306 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9307 repetitions are done.)
9309 @smallexample
9310 @group
9311 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9312     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9313                 1:  4.5                         .
9314                     .
9316   20 Z <          @key{RET} r 1 @key{TAB}                 s l x @key{RET}
9317 @end group
9318 @end smallexample
9320 This is the new guess for @cite{x}.  Now we compare it with the
9321 old one to see if we've converged.
9323 @smallexample
9324 @group
9325 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9326 2:  5.24196     1:  0               .               .
9327 1:  4.5             .
9328     .
9330   @key{RET} M-@key{TAB}         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9331 @end group
9332 @end smallexample
9334 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9335 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9337 @smallexample
9338 @group
9339 2:  5.26345856348
9340 1:  0.499999999997
9341     .
9343  @key{RET} ' sin(cos($)) @key{RET}
9344 @end group
9345 @end smallexample
9347 Let's test the new definition again:
9349 @smallexample
9350 @group
9351 2:  x^2 - 9           1:  3.
9352 1:  1                     .
9353     .
9355   ' x^2-9 @key{RET} 1           X
9356 @end group
9357 @end smallexample
9359 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9361 @example
9362 @group
9363 C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}  /  ' x @key{RET} @key{TAB} -  t 1
9364            20 Z <  @key{RET} r 1 @key{TAB}  s l x @key{RET}
9365                    @key{RET} M-@key{TAB}  a =  Z /
9366               Z >
9367       Z '
9368 C-x )
9369 @end group
9370 @end example
9372 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9373 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9374 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9375 to see how to use it.
9377 @c [fix-ref Root Finding]
9378 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9379 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9380 @xref{Root Finding}.
9382 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9383 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9385 @noindent
9386 The first step is to adjust @cite{z} to be greater than 5.  A simple
9387 ``for'' loop will do the job here.  If @cite{z} is less than 5, we
9388 reduce the problem using @c{$\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z$}
9389 @cite{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9390 on to compute @c{$\psi(z+1)$}
9391 @cite{psi(z+1)}, and remember to add back a factor of
9392 @cite{-1/z} when we're done.  This step is repeated until @cite{z > 5}.
9394 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9395 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9396 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9397 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9398 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9399 just for purposes of illustration.)
9401 @smallexample
9402 @group
9403 1:  1.             1:  1.
9404     .                  .
9406  1.0 @key{RET}       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9407 @end group
9408 @end smallexample
9410 Here, variable 1 holds @cite{z} and variable 2 holds the adjustment
9411 factor.  If @cite{z < 5}, we use a loop to increase it.
9413 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9414 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9415 and will never converge because fractions compare equal only if they
9416 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9418 @smallexample
9419 @group
9420 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9421 2:  1.      1:  1            .
9422 1:  5           .
9423     .
9425   @key{RET} 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9426 @end group
9427 @end smallexample
9429 Now we compute the initial part of the sum:  @c{$\ln z - {1 \over 2z}$}
9430 @cite{ln(z) - 1/2z}
9431 minus the adjustment factor.
9433 @smallexample
9434 @group
9435 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9436 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9437     .                      .
9439     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9440 @end group
9441 @end smallexample
9443 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9444 up the value of @cite{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9445 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9447 @smallexample
9448 @group
9449 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9450 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9451 1:  40            1:  2              2:  2                .
9452     .                 .              1:  36.
9453                                          .
9455    2 @key{RET} 40        Z ( @key{RET} k b @key{TAB}     @key{RET} r 1 @key{TAB} ^      * /
9457 @end group
9458 @end smallexample
9459 @noindent
9460 @smallexample
9461 @group
9462 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9463 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9464 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9465     .                 .
9467   @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}       - @key{RET} M-@key{TAB}      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9468 @end group
9469 @end smallexample
9471 This is the value of @c{$-\gamma$}
9472 @cite{- gamma}, with a slight bit of roundoff error.
9473 To get a full 12 digits, let's use a higher precision:
9475 @smallexample
9476 @group
9477 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9478 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9480     1. @key{RET}                   p 16 @key{RET} X
9481 @end group
9482 @end smallexample
9484 Here's the complete sequence of keystrokes:
9486 @example
9487 @group
9488 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9489            @key{RET} 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9490            L r 1 2 * & - r 2 -
9491            2 @key{RET} 40  Z (  @key{RET} k b @key{TAB} @key{RET} r 1 @key{TAB} ^ * /
9492                           @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} - @key{RET} M-@key{TAB} a = Z /
9493                   2  Z )
9494       Z '
9495 C-x )
9496 @end group
9497 @end example
9499 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9500 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9502 @noindent
9503 Taking the derivative of a term of the form @cite{x^n} will produce
9504 a term like @c{$n x^{n-1}$}
9505 @cite{n x^(n-1)}.  Taking the derivative of a constant
9506 produces zero.  From this it is easy to see that the @cite{n}th
9507 derivative of a polynomial, evaluated at @cite{x = 0}, will equal the
9508 coefficient on the @cite{x^n} term times @cite{n!}.
9510 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9511 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9512 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9513 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9514 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9515 just for purposes of illustration.)
9517 @smallexample
9518 @group
9519 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9520 1:  6                          2:  0
9521     .                          1:  6
9522                                    .
9524   ' 5 x^4 + (x+1)^2 @key{RET} 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9525 @end group
9526 @end smallexample
9528 @noindent
9529 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9531 @smallexample
9532 @group
9533 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9534 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9535     .              1:  1                      .
9536                        .
9538    Z ( @key{TAB}         @key{RET} 0 s l x @key{RET}            M-@key{TAB} ! /  s | 1
9539 @end group
9540 @end smallexample
9542 @noindent
9543 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9544 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9545 have written instead, @kbd{r 1 @key{TAB} | t 1}.
9547 @smallexample
9548 @group
9549 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9550     .                         .             .
9552     a d x @key{RET}                 1 Z )         @key{DEL} r 1  Z ' C-x )
9553 @end group
9554 @end smallexample
9556 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9557 against a table of powers of @cite{x}.
9559 @smallexample
9560 @group
9561 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9562 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9563     .                            .
9565     6 @key{RET}                        1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x
9567 @end group
9568 @end smallexample
9569 @noindent
9570 @smallexample
9571 @group
9572 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9573 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9574     .
9576     ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^            *
9577 @end group
9578 @end smallexample
9580 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9582 @example
9583 @group
9584 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9585            Z (  @key{TAB} @key{RET} 0 s l x @key{RET} M-@key{TAB} ! /  s | 1
9586                 a d x @key{RET}
9587          1 Z ) r 1
9588       Z '
9589 C-x )
9591 C-x (  1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^ *  C-x )
9592 @end group
9593 @end example
9595 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9596 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9598 @noindent
9599 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9600 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9601 return one number, so @key{DEL} as a dummy definition will make
9602 sure the stack comes out right.
9604 @smallexample
9605 @group
9606 2:  4          1:  4                         2:  4
9607 1:  2              .                         1:  2
9608     .                                            .
9610   4 @key{RET} 2       C-x ( @key{DEL} C-x )  Z K s @key{RET}       2
9611 @end group
9612 @end smallexample
9614 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9615 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9616 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9617 to the form @cite{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9619 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9620 below.  You can use @kbd{M-# m} to load it from there.)
9622 @smallexample
9623 @group
9624 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9625 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9626     .        2:  4       1:  0           .
9627              1:  2           .
9628                  .
9630   C-x (       M-2 @key{RET}        a =         Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1  Z :
9632 @end group
9633 @end smallexample
9634 @noindent
9635 @smallexample
9636 @group
9637 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9638 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9639 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9640 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9641     .                                                .        .
9643   @key{RET} 0   a = Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0  Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB}   M-2 @key{RET}     1 -      z s
9644 @end group
9645 @end smallexample
9647 @noindent
9648 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9649 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9651 @smallexample
9652 @group
9653 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9654 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9655 1:  2               2:  3           1:  3           .
9656     .               1:  2               .
9657                         .
9659  M-@key{TAB} M-@key{TAB}     @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}         z s          *          -
9661 @end group
9662 @end smallexample
9663 @noindent
9664 @smallexample
9665 @group
9666 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9667     .                           1:  2              .       1:  11
9668                                     .                          .
9670   Z ] Z ] C-x )   Z K s @key{RET}      @key{DEL} 4 @key{RET} 2       z s      M-@key{RET} k s
9671 @end group
9672 @end smallexample
9674 Even though the result that we got during the definition was highly
9675 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9676 the right answers.
9678 Here's the full program once again:
9680 @example
9681 @group
9682 C-x (  M-2 @key{RET} a =
9683        Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1
9684        Z :  @key{RET} 0 a =
9685             Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0
9686             Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB} M-2 @key{RET} 1 - z s
9687                  M-@key{TAB} M-@key{TAB} @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} z s * -
9688             Z ]
9689        Z ]
9690 C-x )
9691 @end group
9692 @end example
9694 You can read this definition using @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro})
9695 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9696 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9697 definition as it reads it in.  For this reason, @code{M-# m} is often
9698 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9700 @node Programming Answer 12, , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9701 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9703 @noindent
9704 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9705 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9707 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9708 Stirling numbers in a convenient variable:
9710 @smallexample
9711 s e StirlingRules @key{RET}
9712 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9713   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9714   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9715 C-c C-c
9716 @end smallexample
9718 Now, it's just a matter of applying the rules:
9720 @smallexample
9721 @group
9722 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9723 1:  2              .                        .
9724     .
9726   4 @key{RET} 2       C-x (  ' s($$,$) @key{RET}     a r StirlingRules @key{RET}  C-x )
9727 @end group
9728 @end smallexample
9730 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9731 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9732 the last rule.
9734 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9735 @tex
9736 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9737 @end tex
9739 @c [reference]
9741 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9742 @chapter Introduction
9744 @noindent
9745 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9746 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9747 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9749 @c [when-split]
9750 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
9752 @menu
9753 * Basic Commands::
9754 * Help Commands::
9755 * Stack Basics::
9756 * Numeric Entry::
9757 * Algebraic Entry::
9758 * Quick Calculator::
9759 * Keypad Mode::
9760 * Prefix Arguments::
9761 * Undo::
9762 * Error Messages::
9763 * Multiple Calculators::
9764 * Troubleshooting Commands::
9765 @end menu
9767 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
9768 @section Basic Commands
9770 @noindent
9771 @pindex calc
9772 @pindex calc-mode
9773 @cindex Starting the Calculator
9774 @cindex Running the Calculator
9775 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
9776 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
9777 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
9778 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
9779 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
9780 Mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
9781 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
9782 list of the results of all calculations that have been done.  The
9783 Calc Trail buffer uses a variant of Calc Mode, so Calculator commands
9784 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
9785 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
9786 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.@refill
9788 @kindex M-# c
9789 @kindex M-# M-#
9790 @ignore
9791 @mindex @null
9792 @end ignore
9793 @kindex M-# #
9794 In most installations, the @kbd{M-# c} key sequence is a more
9795 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{M-# M-#} and
9796 @kbd{M-# #} are synonyms for @kbd{M-# c} unless you last used Calc
9797 in its ``keypad'' mode.
9799 @kindex x
9800 @kindex M-x
9801 @pindex calc-execute-extended-command
9802 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
9803 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
9804 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
9805 key (@code{calc-execute-extended-command})
9806 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
9807 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
9808 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.@refill
9810 @cindex Extensions module
9811 @cindex @file{calc-ext} module
9812 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{M-# c}, the
9813 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
9814 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
9815 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
9816 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
9817 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
9818 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
9819 extension module automatically, you can force it to load all the
9820 extensions by using the @kbd{M-# L} (@code{calc-load-everything})
9821 command.  @xref{Mode Settings}.@refill
9823 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{M-# c} with any numeric prefix argument,
9824 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
9825 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
9826 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
9827 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
9828 to auto-load the Calculator.@refill
9830 @kindex M-# b
9831 @pindex full-calc
9832 If you type @kbd{M-# b}, then next time you use @kbd{M-# c} you
9833 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
9834 When full-screen mode is on, @kbd{M-# c} runs the @code{full-calc}
9835 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
9836 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
9837 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
9838 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
9840 @kindex M-# o
9841 @pindex calc-other-window
9842 The @kbd{M-# o} command is like @kbd{M-# c} except that the Calc
9843 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
9844 window, @kbd{M-# o} switches you out of it.  (The regular Emacs
9845 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
9846 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
9847 @kbd{M-# o} takes care not to do.)
9849 @ignore
9850 @mindex M-# q
9851 @end ignore
9852 For one quick calculation, you can type @kbd{M-# q} (@code{quick-calc})
9853 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
9854 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
9855 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
9857 @ignore
9858 @mindex M-# k
9859 @end ignore
9860 Finally, if you are using the X window system you may want to try
9861 @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
9862 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
9863 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
9865 @kindex q
9866 @pindex calc-quit
9867 @cindex Quitting the Calculator
9868 @cindex Exiting the Calculator
9869 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc Mode and closes the
9870 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
9871 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
9872 contents of the stack intact.  Typing @kbd{M-# c} or @kbd{M-# M-#}
9873 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
9874 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{M-# M-#} as toggling the
9875 Calculator on and off.@refill
9877 @kindex M-# x
9878 The @kbd{M-# x} command also turns the Calculator off, no matter which
9879 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
9880 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
9882 @kindex d @key{SPC}
9883 @pindex calc-refresh
9884 @cindex Refreshing a garbled display
9885 @cindex Garbled displays, refreshing
9886 The @kbd{d @key{SPC}} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
9887 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
9888 buffer have been damaged somehow.
9890 @ignore
9891 @mindex o
9892 @end ignore
9893 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
9894 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
9896 @kindex <
9897 @kindex >
9898 @pindex calc-scroll-left
9899 @pindex calc-scroll-right
9900 @cindex Horizontal scrolling
9901 @cindex Scrolling
9902 @cindex Wide text, scrolling
9903 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
9904 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
9905 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
9906 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
9907 window whenever it can.)@refill
9909 @kindex @{
9910 @kindex @}
9911 @pindex calc-scroll-down
9912 @pindex calc-scroll-up
9913 @cindex Vertical scrolling
9914 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
9915 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
9916 height of the Calc window.@refill
9918 @kindex M-# 0
9919 @pindex calc-reset
9920 The @kbd{M-# 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{M-#} followed
9921 by a zero) resets the Calculator to its default state.  This clears
9922 the stack, resets all the modes, clears the caches (@pxref{Caches}),
9923 and so on.  (It does @emph{not} erase the values of any variables.)
9924 With a numeric prefix argument, @kbd{M-# 0} preserves the contents
9925 of the stack but resets everything else.
9927 @pindex calc-version
9928 The @kbd{M-x calc-version} command displays the current version number
9929 of Calc and the name of the person who installed it on your system.
9930 (This information is also present in the @samp{*Calc Trail*} buffer,
9931 and in the output of the @kbd{h h} command.)
9933 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
9934 @section Help Commands
9936 @noindent
9937 @cindex Help commands
9938 @kindex ?
9939 @pindex calc-help
9940 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
9941 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs'
9942 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
9943 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
9944 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
9945 to see additional commands for that prefix.)
9947 @kindex h h
9948 @pindex calc-full-help
9949 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
9950 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
9951 summary of Calc keystrokes.
9953 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
9954 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
9955 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
9957 @kindex h i
9958 @kindex M-# i
9959 @kindex i
9960 @pindex calc-info
9961 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
9962 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
9963 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
9964 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
9965 manual.  The @kbd{M-# i} command is another way to read the Calc
9966 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
9967 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
9968 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
9969 different command in a future version of Calc.
9971 @kindex h t
9972 @kindex M-# t
9973 @pindex calc-tutorial
9974 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
9975 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
9976 except that it selects the starting node of the tutorial rather
9977 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
9978 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
9979 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
9980 The @kbd{M-# t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
9981 all times).
9983 @kindex h s
9984 @kindex M-# s
9985 @pindex calc-info-summary
9986 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
9987 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{M-# s}
9988 key is equivalent to @kbd{h s}.
9990 @kindex h k
9991 @pindex calc-describe-key
9992 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
9993 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
9994 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
9995 command.  This works by looking up the textual description of
9996 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
9997 node indicated by the index.
9999 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
10000 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
10001 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
10002 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
10004 @kindex h c
10005 @pindex calc-describe-key-briefly
10006 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
10007 key sequence and displays a brief one-line description of it at
10008 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
10009 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
10010 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
10011 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
10012 gives the description:
10014 @smallexample
10015 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
10016 @end smallexample
10018 @noindent
10019 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
10020 takes a value @cite{a} from the stack, prompts for a value @cite{v},
10021 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
10022 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
10023 additional notes from the summary that apply to this command.
10025 @kindex h f
10026 @pindex calc-describe-function
10027 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
10028 algebraic function or a command name in the Calc manual.  Enter an
10029 algebraic function name to look up that function in the Function
10030 Index or enter a command name beginning with @samp{calc-} to look it 
10031 up in the Command Index.  This command will also look up operator
10032 symbols that can appear in algebraic formulas, like @samp{%} and 
10033 @samp{=>}.
10035 @kindex h v
10036 @pindex calc-describe-variable
10037 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
10038 variable in the Calc manual.  Enter a variable name like @code{pi} or
10039 @code{PlotRejects}.
10041 @kindex h b
10042 @pindex describe-bindings
10043 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
10044 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
10045 listed.
10047 @kindex h n
10048 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
10049 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
10050 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
10051 source files.
10053 @kindex h C-c
10054 @kindex h C-d
10055 @kindex h C-w
10056 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
10057 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
10058 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
10059 Bugs'' sections of the manual.
10061 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
10062 @section Stack Basics
10064 @noindent
10065 @cindex Stack basics
10066 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
10067 Calc uses RPN notation.  If you are not familiar with RPN, @pxref{RPN
10068 Tutorial}.
10070 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
10071 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
10072 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
10073 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
10074 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
10075 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
10076 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
10077 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@i{-2}).@refill
10079 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
10080 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
10081 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
10082 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
10083 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
10084 @pxref{Truncating the Stack}.
10086 @kindex d l
10087 @pindex calc-line-numbering
10088 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
10089 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
10090 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
10091 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
10092 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
10094 @kindex o
10095 @pindex calc-realign
10096 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
10097 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
10098 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
10099 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
10101 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
10102 two consecutive numbers.
10103 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
10104 would enter the number 12.)  If you press @key{RET} or @key{SPC} @emph{not}
10105 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
10106 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.@refill
10108 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
10109 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
10110 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
10111 commands.@refill
10113 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
10114 @section Numeric Entry
10116 @noindent
10117 @kindex 0-9
10118 @kindex .
10119 @kindex e
10120 @cindex Numeric entry
10121 @cindex Entering numbers
10122 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
10123 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
10124 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
10125 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
10126 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
10128 @cindex Minus signs
10129 @cindex Negative numbers, entering
10130 @kindex _
10131 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
10132 typified by @cite{a-b} (subtraction), @cite{-x}
10133 (change-sign), and @cite{-5} (negative number).  Calc uses three
10134 different keys for these operations, respectively:
10135 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
10136 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
10137 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
10138 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
10139 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
10140 number @i{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
10141 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.@refill
10143 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10144 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10145 These notations are described later in this manual with the corresponding
10146 data types.  @xref{Data Types}.
10148 During numeric entry, the only editing key available is @key{DEL}.
10150 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10151 @section Algebraic Entry
10153 @noindent
10154 @kindex '
10155 @pindex calc-algebraic-entry
10156 @cindex Algebraic notation
10157 @cindex Formulas, entering
10158 Calculations can also be entered in algebraic form.  This is accomplished
10159 by typing the apostrophe key, @kbd{'}, followed by the expression in
10160 standard format:  @kbd{@key{'} 2+3*4 @key{RET}} computes
10161 @c{$2+(3\times4) = 14$}
10162 @cite{2+(3*4) = 14} and pushes that on the stack.  If you wish you can
10163 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10164 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10165 clear previous results off the stack.@refill
10167 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10168 the half-entered number into algebraic entry mode.  One reason to do this
10169 would be to use the full Emacs cursor motion and editing keys, which are
10170 available during algebraic entry but not during numeric entry.
10172 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10173 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10174 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10175 @xref{Editing Stack Entries}.
10177 @kindex m a
10178 @pindex calc-algebraic-mode
10179 @cindex Algebraic mode
10180 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10181 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10182 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10183 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10184 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10185 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10186 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10187 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10188 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.@refill
10190 @cindex Incomplete algebraic mode
10191 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10192 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10193 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10194 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10196 @kindex m t
10197 @pindex calc-total-algebraic-mode
10198 @cindex Total algebraic mode
10199 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10200 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10201 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10202 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10203 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10204 ``total'' algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10205 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10206 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns total algebraic
10207 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10208 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 @key{RET} M-S}.  The symbol
10209 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10211 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10212 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10213 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10215 @kindex $
10216 @cindex Formulas, referring to stack
10217 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10218 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10219 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10220 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10221 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10222 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10223 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10224 first character in the new formula.@refill
10226 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10227 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10228 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10229 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10230 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10231 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10232 since no single @samp{$} appears in this formula.)@refill
10234 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10235 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10236 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10237 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10238 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10239 on the stack and pushes an additional 6.
10241 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10242 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10243 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10244 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10245 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10246 @key{TAB} key.
10248 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-@key{RET}} instead
10249 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10250 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10251 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-@key{RET}} pushes 3.1415.)
10253 If you finish your algebraic entry by pressing @key{LFD} (or @kbd{C-j})
10254 instead of @key{RET}, Calc disables the default simplifications
10255 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10256 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10257 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @cite{1+2};
10258 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10260 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10261 @section ``Quick Calculator'' Mode
10263 @noindent
10264 @kindex M-# q
10265 @pindex quick-calc
10266 @cindex Quick Calculator
10267 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10268 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{M-# q} (or
10269 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10270 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10271 area, without ever actually putting up a Calc window.
10273 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10274 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10275 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10276 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10277 forget what it was, just run @code{M-# q} again and enter
10278 @samp{$} as the formula.
10280 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10281 session, the @kbd{M-# q} command will create the @code{*Calculator*}
10282 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10283 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10284 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10285 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10286 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10287 the regular @kbd{p} command.
10289 If you use @code{M-# q} from inside the Calculator buffer, the
10290 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10292 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10293 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10294 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10295 to yank the result into the next @kbd{M-# q} input line as a more
10296 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10297 into the Calculator stack after typing @kbd{M-# c}.
10299 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10300 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10301 buffer rather than going into the kill ring.
10303 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10304 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10305 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10306 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10307 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10308 @xref{Store and Recall}.
10310 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10311 the number will also be displayed in hex and octal formats.  If the
10312 integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10313 an ASCII character.
10315 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10316 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10317 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10318 is displayed only according to the current mode settings.  But
10319 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10320 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10321 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10323 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10324 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10325 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10326 small calculations.
10328 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10329 @section Numeric Prefix Arguments
10331 @noindent
10332 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10333 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10334 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10335 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10336 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.@refill
10338 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10339 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10340 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10341 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10342 on the entire stack.
10344 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10345 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10346 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10347 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10348 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10349 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10350 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10351 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10352 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10353 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10354 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10355 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10356 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10357 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10358 argument for some other purpose.
10360 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10361 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10362 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10363 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.@refill
10365 @kindex ~
10366 @pindex calc-num-prefix
10367 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10368 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10369 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10370 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10371 to the fourth power and set the precision to that value.@refill
10373 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10374 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10376 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10377 @section Undoing Mistakes
10379 @noindent
10380 @kindex U
10381 @kindex C-_
10382 @pindex calc-undo
10383 @cindex Mistakes, undoing
10384 @cindex Undoing mistakes
10385 @cindex Errors, undoing
10386 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10387 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10388 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10389 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10390 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10391 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10392 specified number of operations.  The undo history is cleared only by the
10393 @kbd{q} (@code{calc-quit}) command.  (Recall that @kbd{M-# c} is
10394 synonymous with @code{calc-quit} while inside the Calculator; this
10395 also clears the undo history.)
10397 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10398 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10399 will need to reset the mode yourself.
10401 @kindex D
10402 @pindex calc-redo
10403 @cindex Redoing after an Undo
10404 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10405 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10406 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10407 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10408 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10409 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10410 any other change, then it will be too late to redo.
10412 @kindex M-@key{RET}
10413 @pindex calc-last-args
10414 @cindex Last-arguments feature
10415 @cindex Arguments, restoring
10416 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10417 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10418 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10419 prefix argument, this command applies to the @cite{n}th most recent
10420 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10421 onto the stack.
10423 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10424 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10426 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10427 @xref{Trail Commands}.
10429 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10431 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10432 @section Error Messages
10434 @noindent
10435 @kindex w
10436 @pindex calc-why
10437 @cindex Errors, messages
10438 @cindex Why did an error occur?
10439 Many situations that would produce an error message in other calculators
10440 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10441 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @cite{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10442 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10443 reasons for this to happen.
10445 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10446 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10447 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10448 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10449 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10450 the same computation results in several messages.  (The first message
10451 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10453 @kindex d w
10454 @pindex calc-auto-why
10455 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10456 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10457 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10458 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10459 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10460 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10462 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10463 @section Multiple Calculators
10465 @noindent
10466 @pindex another-calc
10467 It is possible to have any number of Calc Mode buffers at once.
10468 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10469 is similar to @kbd{M-# c} except that if a @samp{*Calculator*}
10470 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10471 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10472 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10473 this would ordinarily never be done.
10475 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10476 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10477 Calculator buffer.
10479 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10480 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10481 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10482 global default values of these variables are used only when a new
10483 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10484 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10486 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10487 Calculator buffers.
10489 @node Troubleshooting Commands, , Multiple Calculators, Introduction
10490 @section Troubleshooting Commands
10492 @noindent
10493 This section describes commands you can use in case a computation
10494 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10496 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10497 to a bug or deficiency in Calc.
10499 @menu
10500 * Autoloading Problems::
10501 * Recursion Depth::
10502 * Caches::
10503 * Debugging Calc::
10504 @end menu
10506 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10507 @subsection Autoloading Problems
10509 @noindent
10510 The Calc program is split into many component files; components are
10511 loaded automatically as you use various commands that require them.
10512 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10513 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10514 work because some function you've never heard of was undefined.
10516 @kindex M-# L
10517 @pindex calc-load-everything
10518 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{M-# L}
10519 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10520 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10521 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10523 If you seem to run into this problem no matter what you do, or if
10524 even the @kbd{M-# L} command crashes, Calc may have been improperly
10525 installed.  @xref{Installation}, for details of the installation
10526 process.
10528 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10529 @subsection Recursion Depth
10531 @noindent
10532 @kindex M
10533 @kindex I M
10534 @pindex calc-more-recursion-depth
10535 @pindex calc-less-recursion-depth
10536 @cindex Recursion depth
10537 @cindex ``Computation got stuck'' message
10538 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10539 @cindex @code{max-specpdl-size}
10540 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10541 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10542 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10543 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10544 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10545 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10546 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)@refill
10548 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10549 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10550 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10551 The default value is 1000.
10553 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10554 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10556 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10557 @subsection Caches
10559 @noindent
10560 @cindex Caches
10561 @cindex Flushing caches
10562 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10563 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10564 constant @c{$\pi$}
10565 @cite{pi} to about 20 decimal places; if the current precision
10566 is greater than this, it will recompute @c{$\pi$}
10567 @cite{pi} using a series
10568 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10569 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10570 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10571 @c{$\pi \over 4$}
10572 @cite{pi/4} and @c{$\ln 2$}
10573 @cite{ln(2)}.  The visible effect of caching is that
10574 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10575 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10576 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10577 data points computed by the graphing commands.
10579 @pindex calc-flush-caches
10580 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10581 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10582 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10583 The @kbd{M-# 0} (with the zero key) command also resets caches along
10584 with all other aspects of the Calculator's state.
10586 @node Debugging Calc, , Caches, Troubleshooting Commands
10587 @subsection Debugging Calc
10589 @noindent
10590 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10591 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10592 your own Calc commands.
10594 @kindex Z T
10595 @pindex calc-timing
10596 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10597 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10598 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10599 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10600 accurate only to within one second.
10602 All steps of executing a command are included; in particular, time
10603 taken to format the result for display in the stack and trail is
10604 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10605 be answered, while others do not; this depends on the exact
10606 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10607 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10608 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10609 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10610 to execute the whole macro.
10612 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10613 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10614 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10615 that may take a long time to format and you don't wish to count
10616 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10617 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10618 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10620 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10621 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10622 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10623 This generally prevents garbage collection during the timing of
10624 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10625 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10626 factor in the timing of Emacs operations.)
10628 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10629 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10630 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10631 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10632 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10633 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10634 in the handler itself rather than at the true location of the
10635 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10636 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10637 will be lost.
10639 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10640 @chapter Data Types
10642 @noindent
10643 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10644 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10645 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10646 types are represented as underlying Lisp objects.)@refill
10648 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10649 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10650 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10651 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10652 arbitrarily:@: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10653 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10654 matrices, or algebraic formulas.
10656 @menu
10657 * Integers::                The most basic data type.
10658 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10659 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10660 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10661 * Infinities::
10662 * Vectors and Matrices::
10663 * Strings::
10664 * HMS Forms::
10665 * Date Forms::
10666 * Modulo Forms::
10667 * Error Forms::
10668 * Interval Forms::
10669 * Incomplete Objects::
10670 * Variables::
10671 * Formulas::
10672 @end menu
10674 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10675 @section Integers
10677 @noindent
10678 @cindex Integers
10679 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10680 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10681 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10682 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10683 floating-point form according to the current Fraction Mode.
10684 @xref{Fraction Mode}.)
10686 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10687 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10688 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10689 must not type commas during the entry of numbers.@refill
10691 @kindex #
10692 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10693 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10694 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10695 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10696 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10697 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10698 number, the current display radix is used.@refill
10700 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10701 @section Fractions
10703 @noindent
10704 @cindex Fractions
10705 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10706 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10707 performs RPN division; the following two sequences push the number
10708 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10709 assuming Fraction Mode has been enabled.)
10710 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10711 simplest form, which may in fact be an integer.@refill
10713 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10714 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10715 display formats.@refill
10717 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10718 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10719 form).  The numerator and denominator always use the same radix.@refill
10721 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10722 @section Floats
10724 @noindent
10725 @cindex Floating-point numbers
10726 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10727 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10728 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10729 range of acceptable values is from @c{$10^{-3999999}$}
10730 @cite{10^-3999999} (inclusive)
10731 to @c{$10^{4000000}$}
10732 @cite{10^4000000}
10733 (exclusive), plus the corresponding negative
10734 values and zero.
10736 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10737 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10738 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10739 indicate that during the calculation a number would have been produced
10740 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10741 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10742 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10743 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10744 would have overflowed!)
10746 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10747 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10748 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10749 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10751 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10752 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
10753 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
10754 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
10755 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
10756 or 0.235.
10758 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
10759 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
10760 displayed in scientific notation.  Various other display options are
10761 available.  @xref{Float Formats}.
10763 @cindex Accuracy of calculations
10764 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
10765 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
10766 number of significant digits specified by the current precision,
10767 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
10768 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
10769 as square roots and transcendental functions are performed with several
10770 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
10771 final result accurate to the full requested precision.  However,
10772 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
10773 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
10774 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
10775 way.@refill
10777 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
10778 and displayed in any radix just like integers and fractions.  The
10779 notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}} is a floating-point
10780 number whose digits are in the specified radix.  Note that the @samp{.}
10781 is more aptly referred to as a ``radix point'' than as a decimal
10782 point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is defined as
10783 @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can use
10784 @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific notation.
10785 The exponent is written in decimal, and is considered to be a power
10786 of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above, the
10787 letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
10788 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
10789 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
10791 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
10792 @section Complex Numbers
10794 @noindent
10795 @cindex Complex numbers
10796 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
10797 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
10798 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
10799 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
10800 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
10801 notation; @pxref{Complex Formats}.@refill
10803 Polar complex numbers are displayed in the form `@t{(}@var{r}@t{;}@c{$\theta$}
10804 @var{theta}@t{)}'
10805 where @var{r} is the nonnegative magnitude and @c{$\theta$}
10806 @var{theta} is the argument
10807 or phase angle.  The range of @c{$\theta$}
10808 @var{theta} depends on the current angular
10809 mode (@pxref{Angular Modes}); it is generally between @i{-180} and
10810 @i{+180} degrees or the equivalent range in radians.@refill
10812 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
10813 @xref{Incomplete Objects}.
10815 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
10816 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
10817 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
10818 a negative real), the current @dfn{Polar Mode} is used to determine the
10819 type.  @xref{Polar Mode}.
10821 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
10822 is 0 or 180 degrees or @c{$\pi$}
10823 @cite{pi} radians) is automatically converted to a real
10824 number.
10826 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
10827 @section Infinities
10829 @noindent
10830 @cindex Infinity
10831 @cindex @code{inf} variable
10832 @cindex @code{uinf} variable
10833 @cindex @code{nan} variable
10834 @vindex inf
10835 @vindex uinf
10836 @vindex nan
10837 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
10838 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
10839 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
10840 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
10841 names for your own variables because Calc gives them special
10842 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
10843 entered using algebraic entry.
10845 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
10846 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
10847 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
10848 really mean is that @cite{1 / x}, as @cite{x} becomes larger and
10849 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
10850 that if @cite{x} got ``all the way to infinity,'' then @cite{1 / x}
10851 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
10852 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that @c{$e^x$}
10853 @cite{exp(x)} grows without
10854 bound as @cite{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise stands
10855 for an infinitely negative real value; for example, we say that
10856 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
10857 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
10859 The same concept of limits can be used to define @cite{1 / 0}.  We
10860 really want the value that @cite{1 / x} approaches as @cite{x}
10861 approaches zero.  But if all we have is @cite{1 / 0}, we can't
10862 tell which direction @cite{x} was coming from.  If @cite{x} was
10863 positive and decreasing toward zero, then we should say that
10864 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @cite{x} was negative and increasing
10865 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @cite{x}
10866 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
10867 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
10868 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
10869 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
10871 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
10872 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
10873 already have them.  Thus, @cite{1 / 0} is treated simply as an
10874 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
10875 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
10876 @cite{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
10877 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
10878 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
10879 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
10880 some cases.
10882 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
10883 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
10884 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
10885 adding a finite number like five to it does not affect it.
10886 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
10887 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
10888 Just to show that infinities really are all the same size,
10889 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
10890 notation.
10892 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
10893 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
10894 came from, the answer could be literally anything.  The latter
10895 formula could be the limit of @cite{x / x} (giving a result of one),
10896 or @cite{2 x / x} (giving two), or @cite{x^2 / x} (giving @code{inf}),
10897 or @cite{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
10898 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
10899 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
10900 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
10901 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
10902 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
10903 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
10904 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
10905 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
10906 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on ``infinite mode''
10907 (as described above).
10909 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
10910 @xref{Interval Forms}.
10912 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
10913 @section Vectors and Matrices
10915 @noindent
10916 @cindex Vectors
10917 @cindex Plain vectors
10918 @cindex Matrices
10919 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
10920 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
10921 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
10922 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
10923 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
10925 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
10926 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
10927 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
10928 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
10929 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
10930 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
10931 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
10932 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
10933 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
10934 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
10935 this case.
10937 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
10938 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
10939 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
10940 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
10941 of its elements.@refill
10943 @ignore
10944 @starindex
10945 @end ignore
10946 @tindex vec
10947 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
10948 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an @c{$n\times m$}
10949 @asis{@var{n}x@var{m}}
10950 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
10951 from 1 to @samp{n}.
10953 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
10954 @section Strings
10956 @noindent
10957 @kindex "
10958 @cindex Strings
10959 @cindex Character strings
10960 Character strings are not a special data type in the Calculator.
10961 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
10962 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
10963 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
10964 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
10965 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
10967 @example
10968 @group
10969 \a     7          \^@@    0
10970 \b     8          \^a-z  1-26
10971 \e     27         \^[    27
10972 \f     12         \^\\   28
10973 \n     10         \^]    29
10974 \r     13         \^^    30
10975 \t     9          \^_    31
10976                   \^?    127
10977 @end group
10978 @end example
10980 @noindent
10981 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
10982 character from its ASCII code.
10984 @kindex d "
10985 @pindex calc-display-strings
10986 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
10987 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
10988 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
10989 instead.
10991 The backslash notations shown above are also used for displaying
10992 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
10993 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
10994 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
10995 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
10996 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
10998 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
10999 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
11000 way to do conversions between ASCII characters and integers.
11002 @ignore
11003 @starindex
11004 @end ignore
11005 @tindex string
11006 There is a @code{string} function which provides a different display
11007 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
11008 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
11009 corresponding string of characters with no surrounding quotation
11010 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
11011 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
11012 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
11013 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
11014 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
11016 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
11017 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
11018 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
11019 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
11021 @ignore
11022 @starindex
11023 @end ignore
11024 @tindex bstring
11025 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
11026 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
11027 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
11028 character in the string.
11030 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
11031 @section HMS Forms
11033 @noindent
11034 @cindex Hours-minutes-seconds forms
11035 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
11036 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
11037 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
11038 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
11039 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
11040 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
11041 degrees, minutes, and seconds.
11043 @kindex @@
11044 @ignore
11045 @mindex @null
11046 @end ignore
11047 @kindex ' (HMS forms)
11048 @ignore
11049 @mindex @null
11050 @end ignore
11051 @kindex " (HMS forms)
11052 @ignore
11053 @mindex @null
11054 @end ignore
11055 @kindex h (HMS forms)
11056 @ignore
11057 @mindex @null
11058 @end ignore
11059 @kindex o (HMS forms)
11060 @ignore
11061 @mindex @null
11062 @end ignore
11063 @kindex m (HMS forms)
11064 @ignore
11065 @mindex @null
11066 @end ignore
11067 @kindex s (HMS forms)
11068 The default format for HMS values is
11069 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
11070 @samp{h} (for ``hours'') or
11071 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
11072 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
11073 accepted in place of @samp{"}.
11074 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
11075 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
11076 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
11077 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
11078 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
11079 as @i{- @var{hours}} @i{-} @var{mins}/60 @i{-} @var{secs}/3600.
11080 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.@refill
11082 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
11083 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
11084 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
11085 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
11087 @pindex calc-time
11088 @cindex Time of day
11089 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
11090 the stack as an HMS form.
11092 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
11093 @section Date Forms
11095 @noindent
11096 @cindex Date forms
11097 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
11098 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
11099 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
11100 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
11101 computes the number of days between them (represented as a simple
11102 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
11103 are nonsensical and are not allowed by Calc.
11105 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
11106 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
11107 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
11108 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
11109 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
11111 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
11112 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
11113 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
11114 if the internal number is a fraction or float, the form represents
11115 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
11116 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
11117 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
11118 time can be stored without roundoff error.
11120 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
11121 additional digits in the seconds position.  For example, if the
11122 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
11123 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
11124 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
11125 if astronomically high years are used, though this will not be an
11126 issue in everyday (or even everymillennium) use.  Note that date
11127 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
11128 never an issue for them.
11130 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
11131 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
11132 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
11134 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
11135 year numbers represent years BC.  Calc uses a combination of the
11136 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
11137 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
11138 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11140 @cindex Julian calendar
11141 @cindex Gregorian calendar
11142 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11143 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11144 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11145 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11146 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11147 calendar was adopted around the year we call 8 AD.  Some centuries
11148 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11149 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11150 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11151 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11152 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11153 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11154 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11155 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11156 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11157 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11158 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11159 To take another example, Russia waited until 1918 before
11160 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11161 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11162 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11163 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11165 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11166 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11167 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11168 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11169 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11171 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11172 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11173 yet been invented.  Thus the claim that day number @i{-10000} is
11174 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11176 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11177 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11178 days 0 and @i{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11180 @cindex Julian day counting
11181 Another day counting system in common use is, confusingly, also
11182 called ``Julian.''  It was invented in 1583 by Joseph Justus
11183 Scaliger, who named it in honor of his father Julius Caesar
11184 Scaliger.  For obscure reasons he chose to start his day
11185 numbering on Jan 1, 4713 BC at noon, which in Calc's scheme
11186 is @i{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11187 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by
11188 unpacking a date form into a Julian day number, simply add
11189 1721423.5.  The Julian code for @samp{6:00am Jan 9, 1991}
11190 is 2448265.75.  The built-in @kbd{t J} command performs
11191 this conversion for you.
11193 @cindex Unix time format
11194 The Unix operating system measures time as an integer number of
11195 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11196 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11197 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11198 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11199 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11200 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11201 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11202 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11203 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11204 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11205 for California time.  The same is usually true of Julian day
11206 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11207 conversions.
11209 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11210 @section Modulo Forms
11212 @noindent
11213 @cindex Modulo forms
11214 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11215 an integer multiple of) some value @var{M}.  Arithmetic modulo @var{M}
11216 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11217 `@var{a} @t{mod} @var{M}',
11218 where @var{a} and @var{M} are real numbers or HMS forms, and
11219 @c{$0 \le a < M$}
11220 @cite{0 <= a < @var{M}}.
11221 In many applications @cite{a} and @cite{M} will be
11222 integers but this is not required.@refill
11224 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11225 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11226 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11227 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11228 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11229 the result always lies in the desired range.
11231 When two modulo forms with identical @cite{M}'s are added or multiplied,
11232 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11233 @cite{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11234 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11235 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11236 to the power, then reduced modulo @cite{M}.  (When all values involved
11237 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11238 actually computing the power and then reducing.)
11240 @cindex Modulo division
11241 Two modulo forms `@var{a} @t{mod} @var{M}' and `@var{b} @t{mod} @var{M}'
11242 can be divided if @cite{a}, @cite{b}, and @cite{M} are all
11243 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11244 `@var{b} @t{mod} @var{M}', produces `@var{a} @t{mod} @var{M}'.  If
11245 there is no solution to this equation (which can happen only when
11246 @cite{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11247 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11248 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11249 @w{`@t{(}@var{a} @t{mod} @var{M}@t{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11250 in the sense of reducing @c{$\sqrt a$}
11251 @cite{sqrt(a)} modulo @cite{M}, this is not a
11252 useful definition from the number-theoretical point of view.)@refill
11254 @ignore
11255 @mindex M
11256 @end ignore
11257 @kindex M (modulo forms)
11258 @ignore
11259 @mindex mod
11260 @end ignore
11261 @tindex mod (operator)
11262 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11263 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11264 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @cite{M}
11265 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11266 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11267 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.@refill
11269 You can also use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11270 @xref{Building Vectors}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11272 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11273 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11274 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @cite{M}
11275 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11276 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11277 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11278 24 radians!
11280 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11281 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11282 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11284 @ignore
11285 @starindex
11286 @end ignore
11287 @tindex makemod
11288 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11289 @w{@samp{a mod m}}.
11291 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11292 @section Error Forms
11294 @noindent
11295 @cindex Error forms
11296 @cindex Standard deviations
11297 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11298 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11299 `@var{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11300 @asis{sigma}' stands for an uncertain value which follows a normal or
11301 Gaussian distribution of mean @cite{x} and standard deviation or
11302 ``error'' @c{$\sigma$}
11303 @cite{sigma}.  Both the mean and the error can be either numbers or
11304 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11305 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11306 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11307 regular number by the Calculator.@refill
11309 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11310 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11311 numbers.  The error part for any function @cite{f(x)} (such as @c{$\sin x$}
11312 @cite{sin(x)})
11313 is defined by the error of @cite{x} times the derivative of @cite{f}
11314 evaluated at the mean value of @cite{x}.  For a two-argument function
11315 @cite{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11316 of the squares of the errors due to @cite{x} and @cite{y}.
11317 @tex
11318 $$ \eqalign{
11319   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11320     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11321   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11322     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11323         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11324                              \right| \right)^2
11325              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11326                              \right| \right)^2 } \cr
11327 } $$
11328 @end tex
11329 Note that this
11330 definition assumes the errors in @cite{x} and @cite{y} are uncorrelated.
11331 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11332 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11333 of two independent values which happen to have the same probability
11334 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11335 The former will produce an answer with less error, since on the average
11336 the two independent errors can be expected to cancel out.@refill
11338 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11339 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11340 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11341 are small.  As an example, the error arising from
11342 `@t{sin(}@var{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11343 @var{sigma}@t{)}' is
11344 `@c{$\sigma$\nobreak}
11345 @var{sigma} @t{abs(cos(}@var{x}@t{))}'.  When @cite{x} is close to zero,
11346 @c{$\cos x$}
11347 @cite{cos(x)} is
11348 close to one so the error in the sine is close to @c{$\sigma$}
11349 @cite{sigma}; this makes sense, since @c{$\sin x$}
11350 @cite{sin(x)} is approximately @cite{x} near zero, so a given
11351 error in @cite{x} will produce about the same error in the sine.  Likewise,
11352 near 90 degrees @c{$\cos x$}
11353 @cite{cos(x)} is nearly zero and so the computed error is
11354 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @cite{x}
11355 has relatively little effect on the value of @c{$\sin x$}
11356 @cite{sin(x)}.  However, consider
11357 @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so Calc will report
11358 zero error!  We get an obviously wrong result because we have violated
11359 the small-error approximation underlying the error analysis.  If the error
11360 in @cite{x} had been small, the error in @c{$\sin x$}
11361 @cite{sin(x)} would indeed have been negligible.@refill
11363 @ignore
11364 @mindex p
11365 @end ignore
11366 @kindex p (error forms)
11367 @tindex +/-
11368 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11369 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11370 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11371 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-p} to
11372 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11374 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11375 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11376 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11377 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11378 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11379 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11380 considers an error form with real components to represent a real number,
11381 not a complex distribution around a real mean.
11383 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11384 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11386 @ignore
11387 @starindex
11388 @end ignore
11389 @tindex sdev
11390 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11392 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11393 @section Interval Forms
11395 @noindent
11396 @cindex Interval forms
11397 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11398 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11399 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11400 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11401 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11402 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11403 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11404 of the possible range of values a computation will produce, given the
11405 set of possible values of the input.
11407 @ifinfo
11408 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11409 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11410 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11411 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11412 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11413 terms,
11414 @samp{[2 ..@: 4]} means @cite{2 <= x <= 4}, whereas
11415 @samp{[2 ..@: 4)} represents @cite{2 <= x < 4},
11416 @samp{(2 ..@: 4]} represents @cite{2 < x <= 4}, and
11417 @samp{(2 ..@: 4)} represents @cite{2 < x < 4}.@refill
11418 @end ifinfo
11419 @tex
11420 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11421 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11422 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11423 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11424 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11425 terms,
11426 $$ \eqalign{
11427    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11428    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11429    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11430    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11431 } $$
11432 @end tex
11434 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11435 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11436 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11437 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11438 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11439 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11440 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11441 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11442 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11443 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11444 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11445 the real infinities.
11447 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11448 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11449 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11450 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11451 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11452 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11453 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11455 ``Infinite mode'' also affects operations on intervals
11456 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11457 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11458 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in infinite mode;
11459 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11460 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11461 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11462 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11463 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11465 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11466 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11467 form `@var{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11468 @var{sigma}' means a variable is random, and its value could
11469 be anything but is ``probably'' within one @c{$\sigma$}
11470 @var{sigma} of the mean value @cite{x}.
11471 An interval `@t{[}@var{a} @t{..@:} @var{b}@t{]}' means a variable's value
11472 is unknown, but guaranteed to lie in the specified range.  Error forms
11473 are statistical or ``average case'' approximations; interval arithmetic
11474 tends to produce ``worst case'' bounds on an answer.@refill
11476 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11477 HMS forms or date forms.
11479 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11480 as subsets of the set of real numbers.
11482 @ignore
11483 @starindex
11484 @end ignore
11485 @tindex intv
11486 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11487 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11488 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11489 3 for @samp{[..]}.
11491 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11492 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11493 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11494 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11495 which means that roundoff errors could creep into an interval
11496 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11497 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11498 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11499 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11500 error.
11502 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11503 @section Incomplete Objects
11505 @noindent
11506 @ignore
11507 @mindex [ ]
11508 @end ignore
11509 @kindex [
11510 @ignore
11511 @mindex ( )
11512 @end ignore
11513 @kindex (
11514 @kindex ,
11515 @ignore
11516 @mindex @null
11517 @end ignore
11518 @kindex ]
11519 @ignore
11520 @mindex @null
11521 @end ignore
11522 @kindex )
11523 @cindex Incomplete vectors
11524 @cindex Incomplete complex numbers
11525 @cindex Incomplete interval forms
11526 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11527 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11528 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11529 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11530 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11531 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11533 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11534 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11535 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11537 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11538 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11539 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11540 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.@refill
11542 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11543 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11544 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11545 from the list.
11547 @kindex ;
11548 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11549 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11550 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11551 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11553 @kindex ..
11554 @pindex calc-dots
11555 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11556 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11557 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11558 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11559 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11560 the @code{calc-dots} command.
11562 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11563 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11565 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11566 @section Variables
11568 @noindent
11569 @cindex Variables, in formulas
11570 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11571 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11572 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11573 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11574 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11575 The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11576 @code{var-foo}.  Commands like @kbd{s s} (@code{calc-store}) that operate
11577 on variables can be made to use any arbitrary Lisp variable simply by
11578 backspacing over the @samp{var-} prefix in the minibuffer.@refill
11580 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11581 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11582 convenience variables @code{var-q0} through @code{var-q9}.  For example,
11583 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{var-q2}, and
11584 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11585 @code{var-foo}.@refill
11587 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11588 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11589 (@key{'}) key.  Variable names in algebraic formulas implicitly have
11590 @samp{var-} prefixed to their names.  The @samp{#} character in variable
11591 names used in algebraic formulas corresponds to a dash @samp{-} in the
11592 Lisp variable name.  If the name contains any dashes, the prefix @samp{var-}
11593 is @emph{not} automatically added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1}
11594 and @samp{var#foo + 1} both refer to the same variable.
11596 @kindex =
11597 @pindex calc-evaluate
11598 @cindex Evaluation of variables in a formula
11599 @cindex Variables, evaluation
11600 @cindex Formulas, evaluation
11601 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11602 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11603 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11604 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11605 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11606 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11607 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11608 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11609 the @var{n}th stack entry.
11611 @cindex @code{e} variable
11612 @cindex @code{pi} variable
11613 @cindex @code{i} variable
11614 @cindex @code{phi} variable
11615 @cindex @code{gamma} variable
11616 @vindex e
11617 @vindex pi
11618 @vindex i
11619 @vindex phi
11620 @vindex gamma
11621 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11622 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11623 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11624 their values are calculated if necessary according to the current precision
11625 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11626 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.@refill
11628 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11629 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11630 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11631 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11632 a value into any of these special variables.
11634 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11636 @node Formulas, , Variables, Data Types
11637 @section Formulas
11639 @noindent
11640 @cindex Formulas
11641 @cindex Expressions
11642 @cindex Operators in formulas
11643 @cindex Precedence of operators
11644 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11645 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11646 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11647 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11648 Parentheses may
11649 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11650 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11651 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11652 with their equivalent function names, are:
11654 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11656 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11658 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x})
11659 and prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11661 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11662 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11664 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11665 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11667 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11669 @samp{*} [@code{mul}];
11671 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11672 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11674 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11676 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11678 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11679 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11681 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11683 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11685 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11687 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11689 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11691 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11693 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11695 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11697 @samp{=>} [@code{evalto}].
11699 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11700 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to @c{$a b \over c d$}
11701 @cite{(a*b)/(c*d)}.
11703 @cindex Multiplication, implicit
11704 @cindex Implicit multiplication
11705 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11706 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11707 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11708 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11709 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11710 as in @samp{f(x)},
11711 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11712 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11713 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11714 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11715 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.@refill
11717 @cindex Implicit comma in vectors
11718 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11719 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11720 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11721 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11722 to @samp{2*a*b + c*d}.
11723 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11724 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11725 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
11726 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
11727 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.@refill
11729 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
11730 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
11731 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
11732 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
11733 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
11734 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
11735 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
11736 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
11737 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
11738 @w{@samp{[(a b)]}}.
11740 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
11741 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
11742 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
11743 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
11745 @cindex Function call notation
11746 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  Function names follow the same
11747 rules as variable names except that the default prefix @samp{calcFunc-} is
11748 used (instead of @samp{var-}) for the internal Lisp form.
11749 Most mathematical Calculator commands like
11750 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
11751 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
11752 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
11753 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
11754 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
11755 single letters or single letters followed by digits are always safe to
11756 use for your own function names.  @xref{Function Index}.@refill
11758 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
11759 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
11760 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
11761 represent the same operation.@refill
11763 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
11764 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
11765 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{M-# g}
11766 and @w{@kbd{M-# r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
11767 ``paste'' mouse operation, and Embedded Mode.  All of these operations
11768 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
11769 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
11771 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
11772 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
11773 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
11774 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
11776 @example
11777 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
11778   c + d,
11779   %% last line is coming up:
11780   e + f ]
11781 @end example
11783 @noindent
11784 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
11786 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
11787 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
11788 formats.
11790 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
11792 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
11793 @chapter Stack and Trail Commands
11795 @noindent
11796 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
11797 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
11798 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
11800 @menu
11801 * Stack Manipulation::
11802 * Editing Stack Entries::
11803 * Trail Commands::
11804 * Keep Arguments::
11805 @end menu
11807 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
11808 @section Stack Manipulation Commands
11810 @noindent
11811 @kindex @key{RET}
11812 @kindex @key{SPC}
11813 @pindex calc-enter
11814 @cindex Duplicating stack entries
11815 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
11816 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
11817 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
11818 several elements at the top of the stack.
11819 Given a negative argument,
11820 these commands duplicate the specified element of the stack.
11821 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
11822 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11823 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
11824 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
11825 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
11826 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.@refill
11828 @kindex @key{LFD}
11829 @pindex calc-over
11830 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
11831 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
11832 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
11833 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
11834 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
11835 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
11836 @samp{10 20 30 20}.@refill
11838 @kindex @key{DEL}
11839 @kindex C-d
11840 @pindex calc-pop
11841 @cindex Removing stack entries
11842 @cindex Deleting stack entries
11843 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
11844 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
11845 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
11846 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
11847 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
11848 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
11849 stack is emptied.
11850 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11851 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
11852 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
11853 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
11854 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.@refill
11856 @kindex M-@key{DEL}
11857 @pindex calc-pop-above
11858 The @kbd{M-@key{DEL}} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
11859 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
11860 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
11861 Thus @kbd{M-@key{DEL}} by itself removes the second-from-top stack element,
11862 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-@key{DEL}} deletes
11863 the third stack element.
11865 @kindex @key{TAB}
11866 @pindex calc-roll-down
11867 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
11868 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
11869 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
11870 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
11871 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
11872 top-for-bottom.
11873 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11874 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
11875 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
11876 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
11877 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.@refill
11879 @kindex M-@key{TAB}
11880 @pindex calc-roll-up
11881 The command @kbd{M-@key{TAB}} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
11882 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
11883 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
11884 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11885 @kbd{M-@key{TAB}} creates @samp{10 20 40 50 30},
11886 @kbd{C-u 4 M-@key{TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
11887 @kbd{C-u - 2 M-@key{TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
11888 @kbd{C-u 0 M-@key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.@refill
11890 A good way to view the operation of @key{TAB} and @kbd{M-@key{TAB}} is in
11891 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
11892 With a positive argument @var{n}, @key{TAB} moves the top stack
11893 element down to level @var{n}, making room for it by pulling all the
11894 intervening stack elements toward the top.  @kbd{M-@key{TAB}} moves the
11895 element at level @var{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
11896 which copies instead of moving the element in level @var{n}.)
11898 With a negative argument @i{-@var{n}}, @key{TAB} rotates the stack
11899 to move the object in level @var{n} to the deepest place in the
11900 stack, and the object in level @i{@var{n}+1} to the top.  @kbd{M-@key{TAB}}
11901 rotates the deepest stack element to be in level @i{n}, also
11902 putting the top stack element in level @i{@var{n}+1}.
11904 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
11905 any portion of a vector or formula on the stack.
11907 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
11908 @section Editing Stack Entries
11910 @noindent
11911 @kindex `
11912 @pindex calc-edit
11913 @pindex calc-edit-finish
11914 @cindex Editing the stack with Emacs
11915 The backquote, @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary
11916 buffer (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using
11917 regular Emacs commands.  With a numeric prefix argument, it edits the
11918 specified number of stack entries at once.  (An argument of zero edits
11919 the entire stack; a negative argument edits one specific stack entry.)
11921 When you are done editing, press @kbd{M-# M-#} to finish and return
11922 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
11923 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
11924 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
11925 might want to insert new lines into the editing buffer.  The traditional
11926 Emacs ``finish'' key sequence, @kbd{C-c C-c}, also works to finish
11927 editing and may be easier to type, depending on your keyboard.
11929 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
11930 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
11931 original stack elements in the original buffer with these new values,
11932 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
11933 continues to exist during editing, but for best results you should be
11934 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
11935 also cancel the edit by pressing @kbd{M-# x}.
11937 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
11938 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
11939 @kbd{M-# M-#} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
11940 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
11942 If you give a prefix argument to @kbd{M-# M-#} (or @kbd{C-c C-c}),
11943 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
11944 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
11945 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
11946 @kbd{M-# M-#} operation will be programmed to replace the top of the
11947 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
11948 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
11949 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
11950 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
11952 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
11953 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
11954 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
11955 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
11956 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
11958 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
11959 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
11960 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
11962 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
11963 @section Trail Commands
11965 @noindent
11966 @cindex Trail buffer
11967 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
11968 beginning with the @kbd{t} prefix.
11970 @kindex t d
11971 @pindex calc-trail-display
11972 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
11973 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
11974 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
11975 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
11976 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
11977 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
11978 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
11979 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
11980 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
11982 @kindex t i
11983 @pindex calc-trail-in
11984 @kindex t o
11985 @pindex calc-trail-out
11986 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
11987 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
11988 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
11989 shown below are a more convenient way to move around in the
11990 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
11991 in the Calculator window.@refill
11993 @cindex Trail pointer
11994 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
11995 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
11996 before the selected number.  The following commands operate on the
11997 trail pointer in various ways.
11999 @kindex t y
12000 @pindex calc-trail-yank
12001 @cindex Retrieving previous results
12002 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
12003 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
12004 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
12005 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
12006 trail pointer.
12008 @kindex t <
12009 @pindex calc-trail-scroll-left
12010 @kindex t >
12011 @pindex calc-trail-scroll-right
12012 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
12013 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
12014 window left or right by one half of its width.@refill
12016 @kindex t n
12017 @pindex calc-trail-next
12018 @kindex t p
12019 @pindex calc-trail-previous
12020 @kindex t f
12021 @pindex calc-trail-forward
12022 @kindex t b
12023 @pindex calc-trail-backward
12024 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
12025 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
12026 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
12027 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
12028 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
12029 arguments to move several lines or screenfuls at a time.@refill
12031 @kindex t [
12032 @pindex calc-trail-first
12033 @kindex t ]
12034 @pindex calc-trail-last
12035 @kindex t h
12036 @pindex calc-trail-here
12037 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
12038 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
12039 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
12040 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
12041 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.@refill
12043 @kindex t s
12044 @pindex calc-trail-isearch-forward
12045 @kindex t r
12046 @pindex calc-trail-isearch-backward
12047 @ifinfo
12048 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12049 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
12050 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12051 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12052 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12053 it was when the search began.@refill
12054 @end ifinfo
12055 @tex
12056 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12057 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
12058 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12059 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12060 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12061 it was when the search began.
12062 @end tex
12064 @kindex t m
12065 @pindex calc-trail-marker
12066 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
12067 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
12068 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
12069 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
12070 targets for later incremental searches in the trail.
12072 @kindex t k
12073 @pindex calc-trail-kill
12074 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
12075 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
12076 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
12077 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
12078 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
12080 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
12081 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12083 @node Keep Arguments, , Trail Commands, Stack and Trail
12084 @section Keep Arguments
12086 @noindent
12087 @kindex K
12088 @pindex calc-keep-args
12089 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
12090 the following command.  It prevents that command from removing its
12091 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
12092 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
12093 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
12095 This works for all commands that take arguments off the stack.  As
12096 another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
12097 simplified version of the formula onto the stack after the original
12098 formula (rather than replacing the original formula).
12100 Note that you could get the same effect by typing @kbd{@key{RET} a s},
12101 copying the formula and then simplifying the copy.  One difference
12102 is that for a very large formula the time taken to format the
12103 intermediate copy in @kbd{@key{RET} a s} could be noticeable; @kbd{K a s}
12104 would avoid this extra work.
12106 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
12107 popping two values and pushing them back in the opposite order,
12108 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
12110 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
12111 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
12112 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
12113 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
12114 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
12115 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12117 Keyboard macros may interact surprisingly with the @kbd{K} prefix.
12118 If you have defined a keyboard macro to be, say, @samp{Q +} to add
12119 one number to the square root of another, then typing @kbd{K X} will
12120 execute @kbd{K Q +}, probably not what you expected.  The @kbd{K}
12121 prefix will apply to just the first command in the macro rather than
12122 the whole macro.
12124 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12125 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12126 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12127 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12128 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12129 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12131 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12132 @chapter Mode Settings
12134 @noindent
12135 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12136 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12137 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12139 @menu
12140 * General Mode Commands::
12141 * Precision::
12142 * Inverse and Hyperbolic::
12143 * Calculation Modes::
12144 * Simplification Modes::
12145 * Declarations::
12146 * Display Modes::
12147 * Language Modes::
12148 * Modes Variable::
12149 * Calc Mode Line::
12150 @end menu
12152 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12153 @section General Mode Commands
12155 @noindent
12156 @kindex m m
12157 @pindex calc-save-modes
12158 @cindex Continuous memory
12159 @cindex Saving mode settings
12160 @cindex Permanent mode settings
12161 @cindex @file{.emacs} file, mode settings
12162 You can save all of the current mode settings in your @file{.emacs} file
12163 with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  This will cause
12164 Emacs to reestablish these modes each time it starts up.  The modes saved
12165 in the file include everything controlled by the @kbd{m} and @kbd{d}
12166 prefix keys, the current precision and binary word size, whether or not
12167 the trail is displayed, the current height of the Calc window, and more.
12168 The current interface (used when you type @kbd{M-# M-#}) is also saved.
12169 If there were already saved mode settings in the file, they are replaced.
12170 Otherwise, the new mode information is appended to the end of the file.
12172 @kindex m R
12173 @pindex calc-mode-record-mode
12174 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12175 record the new mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12176 time a mode setting changes.  If Embedded Mode is enabled, other
12177 options are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.
12179 @kindex m F
12180 @pindex calc-settings-file-name
12181 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12182 choose a different place than your @file{.emacs} file for @kbd{m m},
12183 @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12184 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12185 their default values, then settings from the file you named are loaded
12186 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12187 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12188 file name is @file{~/.emacs}.  You can see the current file name by
12189 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12190 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Installation}.
12192 If the file name you give contains the string @samp{.emacs} anywhere
12193 inside it, @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12194 is because you are presumably switching to your @file{~/.emacs} file,
12195 which may contain other things you don't want to reread.  You can give
12196 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12197 file no matter what its name.  Conversely, an argument of @i{-1} tells
12198 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @i{-2}
12199 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12200 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12201 modes present in the file you were using before.
12203 @kindex m x
12204 @pindex calc-always-load-extensions
12205 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12206 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12207 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12208 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12209 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12210 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12211 once, rather than always in the future, you can press @kbd{M-# L}.
12213 @kindex m S
12214 @pindex calc-shift-prefix
12215 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12216 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12217 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12218 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12219 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12220 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12221 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12222 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12223 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12224 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12225 shifted-prefix mode.
12227 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12228 @section Precision
12230 @noindent
12231 @kindex p
12232 @pindex calc-precision
12233 @cindex Precision of calculations
12234 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12235 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12236 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12237 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12238 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12240 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12241 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12243 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12244 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12245 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12246 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12247 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12248 round values already on the stack, but those values will be rounded
12249 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12250 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12251 existing value to a new precision.@refill
12253 @cindex Accuracy of calculations
12254 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12255 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12256 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12257 The precision is the total number of digits not counting leading
12258 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12259 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12260 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12261 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12262 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12263 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12264 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12265 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12267 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12268 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12269 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12270 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12271 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12272 of the numbers involved.
12274 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12275 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12276 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12277 divided by 6 would be entered @kbd{899 @key{RET} 6 /}, yielding 149.833
12278 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12279 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12281 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12282 issues.
12284 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12285 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12287 @noindent
12288 @kindex I
12289 @pindex calc-inverse
12290 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12291 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12292 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12293 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12294 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.@refill
12296 @kindex H
12297 @pindex calc-hyperbolic
12298 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12299 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12300 If both of these flags are set at once, the effect will be
12301 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12302 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12303 instead of base-@i{e}, logarithm.)@refill
12305 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12306 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12307 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12308 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12310 The Inverse and Hyperbolic flags apply only to the next Calculator
12311 command, after which they are automatically cleared.  (They are also
12312 cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits you
12313 type after @kbd{I} or @kbd{H} (or @kbd{K}) are treated as prefix
12314 arguments for the next command, not as numeric entries.  The same
12315 is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means to
12316 subtract and keep arguments).
12318 The third Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12319 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12321 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12322 @section Calculation Modes
12324 @noindent
12325 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12326 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12327 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12328 (@pxref{Algebraic Entry}).
12330 @menu
12331 * Angular Modes::
12332 * Polar Mode::
12333 * Fraction Mode::
12334 * Infinite Mode::
12335 * Symbolic Mode::
12336 * Matrix Mode::
12337 * Automatic Recomputation::
12338 * Working Message::
12339 @end menu
12341 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12342 @subsection Angular Modes
12344 @noindent
12345 @cindex Angular mode
12346 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12347 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12348 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12349 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12350 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12351 degrees-minutes-seconds.
12353 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12354 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12355 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12356 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12357 normally be done in radians mode, though.  Complex numbers are converted
12358 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12359 multiplying by 180 over @c{$\pi$}
12360 @cite{pi}.)
12362 @kindex m r
12363 @pindex calc-radians-mode
12364 @kindex m d
12365 @pindex calc-degrees-mode
12366 @kindex m h
12367 @pindex calc-hms-mode
12368 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12369 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12370 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12371 The default angular mode is degrees.@refill
12373 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12374 @subsection Polar Mode
12376 @noindent
12377 @cindex Polar mode
12378 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12379 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12380 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12381 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12382 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12384 @kindex m p
12385 @pindex calc-polar-mode
12386 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12387 preference between rectangular and polar forms.  In polar mode, all
12388 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12390 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12391 @subsection Fraction Mode
12393 @noindent
12394 @cindex Fraction mode
12395 @cindex Division of integers
12396 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12397 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12398 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12399 to multiply fractions instead:  @kbd{6 @key{RET} 1:4 *} produces @cite{3:2}
12400 even though @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @cite{1.5}.
12402 @kindex m f
12403 @pindex calc-frac-mode
12404 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12405 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12406 For example, @cite{8/4} produces @cite{2} in either mode,
12407 but @cite{6/4} produces @cite{3:2} in Fraction Mode, @cite{1.5} in
12408 Float Mode.@refill
12410 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12411 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12412 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12414 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12415 @subsection Infinite Mode
12417 @noindent
12418 @cindex Infinite mode
12419 The Calculator normally treats results like @cite{1 / 0} as errors;
12420 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12421 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12422 results.
12424 @kindex m i
12425 @pindex calc-infinite-mode
12426 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12427 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12428 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12429 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12430 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12431 will not be generated when infinite mode is off.)
12433 With infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12434 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12435 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @cite{0 / 0}
12436 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12437 functions can also return infinities in this mode; for example,
12438 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12439 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of infinite mode because
12440 this calculation has infinity as an input.
12442 @cindex Positive infinite mode
12443 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12444 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a ``positive infinite mode'' in
12445 which zero is treated as positive instead of being directionless.
12446 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12447 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12448 separate representations for @i{+0} and @i{-0}.  Positive
12449 infinite mode merely changes the interpretation given to the
12450 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12451 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12452 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12454 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12455 @subsection Symbolic Mode
12457 @noindent
12458 @cindex Symbolic mode
12459 @cindex Inexact results
12460 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12461 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12462 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12463 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12464 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12466 @kindex m s
12467 @pindex calc-symbolic-mode
12468 In @dfn{symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12469 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12470 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12471 @samp{sqrt(2)}.
12473 @kindex N
12474 @pindex calc-eval-num
12475 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12476 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12477 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12478 Given a numeric prefix argument, it also
12479 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12480 of the command.@refill
12482 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12483 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12484 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12485 variables.)
12487 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12488 @subsection Matrix and Scalar Modes
12490 @noindent
12491 @cindex Matrix mode
12492 @cindex Scalar mode
12493 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12494 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12495 Calc has two modes, @dfn{matrix mode} and @dfn{scalar mode}, which
12496 modify its behavior around vectors in useful ways.
12498 @kindex m v
12499 @pindex calc-matrix-mode
12500 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter matrix mode.
12501 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12502 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12503 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12504 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12505 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12506 mode is that calculations that would normally produce constants like
12507 0 and 1 (e.g., @cite{a - a} and @cite{a / a}, respectively) will now
12508 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12509 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12510 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12511 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12512 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12513 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12514 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12515 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12516 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12517 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12519 Press @kbd{m v} a second time to get scalar mode.  Here, objects are
12520 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12521 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12522 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12523 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12524 another 3-vector.  In scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12525 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12527 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12529 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12530 get a special ``dimensioned matrix mode'' in which matrices of
12531 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12532 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12533 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.
12535 @cindex Declaring scalar variables
12536 Of course these modes are approximations to the true state of
12537 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12538 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12539 certain variables or functions to be scalar-valued.
12540 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12542 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12543 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12544 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12545 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12546 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12547 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12548 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12550 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12551 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use matrix mode when operating on
12552 your formula normally; then, to apply scalar mode to a certain part
12553 of the formula without affecting the rest just select that part,
12554 change into scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12555 under this mode, then change back to matrix mode before deselecting.
12557 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12558 @subsection Automatic Recomputation
12560 @noindent
12561 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12562 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12563 whenever variable values or mode settings that might affect them
12564 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12566 @kindex m C
12567 @pindex calc-auto-recompute
12568 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12569 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12570 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12571 attached Embedded Mode buffer, if there is one).  They will not
12572 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12573 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12574 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12575 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12577 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12578 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{M-# u}}.
12579 @xref{Embedded Mode}.
12581 @node Working Message, , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12582 @subsection Working Messages
12584 @noindent
12585 @cindex Performance
12586 @cindex Working messages
12587 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12588 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12589 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12590 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12591 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12592 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12593 be disabled if you find them distracting.
12595 @kindex m w
12596 @pindex calc-working
12597 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12598 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12599 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12600 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12601 the current mode.@refill
12603 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12604 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12605 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12606 to turn the messages off.
12608 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12609 @section Simplification Modes
12611 @noindent
12612 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12613 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12614 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12615 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12616 form.  Others, such as simplifying a formula like @cite{a+a} (or @cite{2+3}),
12617 are done by default but can be turned off when necessary.
12619 When you press a key like @kbd{+} when @cite{2} and @cite{3} are on the
12620 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12621 @cite{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12622 rules for normalizing @cite{2+3} will produce the result @cite{5}.
12624 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12625 followed by a shifted letter.
12627 @kindex m O
12628 @pindex calc-no-simplify-mode
12629 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12630 simplifications.  These would leave a formula like @cite{2+3} alone.  In
12631 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12632 in this mode.
12634 @kindex m N
12635 @pindex calc-num-simplify-mode
12636 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12637 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12638 example, @cite{1+2} is simplified to @cite{3}, and @cite{a+(2-2)} is
12639 simplified to @cite{a+0} but no further, since one argument of the sum
12640 is not a constant.  Unfortunately, @cite{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12641 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12642 constant numbers (one of them is the formula @cite{a+2}).
12643 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12644 error form or modulo form), or a vector all of whose
12645 elements are constant.@refill
12647 @kindex m D
12648 @pindex calc-default-simplify-mode
12649 The @kbd{m D} (@code{calc-default-simplify-mode}) command restores the
12650 default simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12651 fast algebraic simplifications such as @cite{a+0} to @cite{a}, and
12652 @cite{a + 2 a} to @cite{3 a}, as well as evaluating functions like
12653 @cite{@t{deriv}(x^2, x)} to @cite{2 x}.
12655 @kindex m B
12656 @pindex calc-bin-simplify-mode
12657 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the default
12658 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12659 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12660 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12661 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12662 results (after the default simplifications) are left alone.
12664 @kindex m A
12665 @pindex calc-alg-simplify-mode
12666 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does algebraic
12667 simplification; it applies all the default simplifications, and also
12668 the more powerful (and slower) simplifications made by @kbd{a s}
12669 (@code{calc-simplify}).  @xref{Algebraic Simplifications}.
12671 @kindex m E
12672 @pindex calc-ext-simplify-mode
12673 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended''
12674 algebraic simplification, as by the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended})
12675 command.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12677 @kindex m U
12678 @pindex calc-units-simplify-mode
12679 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12680 simplification; it applies the command @kbd{u s}
12681 (@code{calc-simplify-units}), which in turn
12682 is a superset of @kbd{a s}.  In this mode, variable names which
12683 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12684 are simplified with their unit definitions in mind.@refill
12686 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12687 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12688 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12689 perform higher types of simplifications on demand.  @xref{Algebraic
12690 Definitions}, for another sample use of no-simplification mode.@refill
12692 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12693 @section Declarations
12695 @noindent
12696 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12697 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12698 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12699 take the fully general situation into account.
12701 @menu
12702 * Declaration Basics::
12703 * Kinds of Declarations::
12704 * Functions for Declarations::
12705 @end menu
12707 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12708 @subsection Declaration Basics
12710 @noindent
12711 @kindex s d
12712 @pindex calc-declare-variable
12713 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12714 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12715 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12716 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12717 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12718 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12719 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12721 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12722 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12723 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
12724 For example, @kbd{s d foo @key{RET} real @key{RET}} declares @code{foo} to
12725 be a real number, and @kbd{s d bar @key{RET} [int, const, [1..6]] @key{RET}}
12726 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
12727 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
12728 provide them for you: @kbd{s d bar @key{RET} int, const, [1..6] @key{RET}}.)
12730 @cindex @code{Decls} variable
12731 @vindex Decls
12732 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
12733 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
12734 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
12735 vector of variables declared by that row, and the declaration
12736 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
12737 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
12738 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
12739 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
12740 permanently if you wish.
12742 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
12743 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
12744 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
12745 command declares only variables, so if you wish to make a function
12746 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
12748 For example, the declaration matrix
12750 @smallexample
12751 @group
12752 [ [ foo,       real       ]
12753   [ [j, k, n], int        ]
12754   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
12755 @end group
12756 @end smallexample
12758 @noindent
12759 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
12760 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
12761 returns a real number in the interval shown.
12763 @vindex All
12764 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
12765 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
12766 It does not apply to function names.  For example, using the row
12767 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
12768 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
12769 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
12770 response to the variable-name prompt.
12772 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
12773 @subsection Kinds of Declarations
12775 @noindent
12776 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
12777 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
12778 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
12779 more intervals or numbers that represent the set of possible values
12780 for the variable.
12782 @smallexample
12783 @group
12784 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
12785   [ b, [1 .. 5]        ]
12786   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
12787 @end group
12788 @end smallexample
12790 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
12791 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
12792 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
12793 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
12794 nearly equivalent (see below).
12796 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
12797 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
12798 as not declaring the variable at all except that it overrides any
12799 @code{All} declaration which would otherwise apply.
12801 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
12802 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
12803 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
12804 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
12805 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
12806 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
12808 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
12809 stored in a variable:
12811 @table @code
12812 @item int
12813 Integers.
12814 @item numint
12815 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
12816 @item frac
12817 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
12818 @item rat
12819 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
12820 @item float
12821 Floating-point numbers.
12822 @item real
12823 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
12824 intervals and error forms with real components also count as
12825 reals here.)
12826 @item pos
12827 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
12828 @item nonneg
12829 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
12830 @item number
12831 Numbers.  (Real or complex.)
12832 @end table
12834 Calc uses this information to determine when certain simplifications
12835 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
12836 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
12837 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @i{-3}.
12838 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
12839 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
12840 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
12841 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
12842 of the formula.
12844 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
12845 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
12846 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
12847 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
12848 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
12849 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
12851 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
12852 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
12853 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
12854 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
12855 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
12857 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
12858 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
12859 Calc leaves this formula alone.  After the command
12860 @kbd{s d x @key{RET} real @key{RET}}, however, it can simplify the formula to
12861 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x @key{RET} nonneg @key{RET}}, Calc can
12862 simplify this formula all the way to @samp{x}.
12864 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
12865 they comprise the set of possible values that the variable or
12866 function being declared can have.  In particular, the type symbol
12867 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
12868 (note that infinity is included in the range of possible values);
12869 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
12870 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
12871 redundant because the fact that the variable is real can be
12872 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
12873 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
12875 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
12876 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
12878 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
12879 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
12880 In other words, the range of possible values means only that
12881 the variable's value must be numerically equal to a number in
12882 that range, but not that it must be equal in type as well.
12883 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
12884 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
12886 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
12887 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
12888 where the interval does not lie in the range described by the
12889 type symbol.
12891 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
12892 like the one described above.  Another case where they are used
12893 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
12894 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
12895 roots (if any) will be included in the list.
12897 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
12898 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
12899 shown above).
12901 Another command that makes use of declarations is @kbd{a s}, when
12902 simplifying equations and inequalities.  It will cancel @code{x}
12903 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
12904 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
12905 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
12906 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
12907 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
12908 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
12909 including cancelling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
12910 not known to be nonzero.
12912 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
12914 @table @code
12915 @item scalar
12916 The value is not a vector.
12917 @item vector
12918 The value is a vector.
12919 @item matrix
12920 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
12921 @end table
12923 These type symbols can be combined with the other type symbols
12924 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
12925 is a matrix of integers.
12927 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
12928 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
12929 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
12930 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
12931 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
12932 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
12933 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
12934 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
12935 declarations.)
12937 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of ``matrix mode'' and
12938 ``scalar mode,'' which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
12939 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
12941 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
12942 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
12944 @table @code
12945 @item const
12946 The value is a constant with respect to other variables.
12947 @end table
12949 Calc does not check the declarations for a variable when you store
12950 a value in it.  However, storing @i{-3.5} in a variable that has
12951 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
12952 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @cite{3.5}
12953 if it substitutes the value first, or to @cite{-3.5} if @code{x}
12954 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
12955 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
12956 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
12957 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
12958 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
12960 @node Functions for Declarations, , Kinds of Declarations, Declarations
12961 @subsection Functions for Declarations
12963 @noindent
12964 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
12965 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
12966 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
12967 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
12968 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
12969 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
12970 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
12971 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
12972 that perform other tests not related to declarations.
12974 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
12975 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
12976 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
12977 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
12978 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
12980 @ignore
12981 @starindex
12982 @end ignore
12983 @tindex dint
12984 @ignore
12985 @starindex
12986 @end ignore
12987 @tindex dnumint
12988 @ignore
12989 @starindex
12990 @end ignore
12991 @tindex dnatnum
12992 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
12993 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
12994 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
12995 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
12996 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
12997 data type functions also accept vectors or matrices composed of
12998 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
12999 are considered to be integers for the purposes of these functions.
13001 @ignore
13002 @starindex
13003 @end ignore
13004 @tindex drat
13005 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
13006 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
13007 and error forms do not.
13009 @ignore
13010 @starindex
13011 @end ignore
13012 @tindex dreal
13013 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
13014 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
13016 @ignore
13017 @starindex
13018 @end ignore
13019 @tindex dimag
13020 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
13021 i.e., is mathematically equal to a real number times @cite{i}.
13023 @ignore
13024 @starindex
13025 @end ignore
13026 @tindex dpos
13027 @ignore
13028 @starindex
13029 @end ignore
13030 @tindex dneg
13031 @ignore
13032 @starindex
13033 @end ignore
13034 @tindex dnonneg
13035 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
13036 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
13037 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
13038 equal to zero.  Note that the @kbd{a s} command can simplify an
13039 expression like @cite{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}, and that
13040 @kbd{a s} is effectively applied to all conditions in rewrite rules,
13041 so the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
13042 are rarely necessary.
13044 @ignore
13045 @starindex
13046 @end ignore
13047 @tindex dnonzero
13048 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
13049 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
13050 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
13051 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
13052 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
13053 represent values which could be anything including zero.  (This is
13054 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
13056 @ignore
13057 @starindex
13058 @end ignore
13059 @tindex deven
13060 @ignore
13061 @starindex
13062 @end ignore
13063 @tindex dodd
13064 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
13065 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
13066 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
13067 The @kbd{a s} command uses this to simplify a test of the form
13068 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
13070 @ignore
13071 @starindex
13072 @end ignore
13073 @tindex drange
13074 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
13075 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
13076 the set of possible values of its argument.  If the argument is
13077 a variable or a function with a declaration, the range is copied
13078 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
13079 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
13080 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
13081 the expression is not provably real, the @code{drange} function
13082 remains unevaluated.
13084 @ignore
13085 @starindex
13086 @end ignore
13087 @tindex dscalar
13088 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
13089 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
13090 unevaluated if this cannot be determined.  (If matrix mode or scalar
13091 mode are in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
13092 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
13093 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
13094 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
13095 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
13096 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
13097 information to tell.
13099 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
13100 @section Display Modes
13102 @noindent
13103 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
13104 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
13105 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
13106 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
13107 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
13108 @pxref{Vector and Matrix Formats}.@refill
13110 One thing all display modes have in common is their treatment of the
13111 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
13112 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13113 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13114 reflect the latest mode settings.
13116 @kindex d @key{RET}
13117 @pindex calc-refresh-top
13118 The @kbd{d @key{RET}} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13119 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13120 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13121 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13122 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13123 For example, @kbd{H d s M-2 d @key{RET}} changes to scientific notation
13124 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13126 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13127 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13128 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13129 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d @key{RET} H d (@var{old mode})}.
13131 @menu
13132 * Radix Modes::
13133 * Grouping Digits::
13134 * Float Formats::
13135 * Complex Formats::
13136 * Fraction Formats::
13137 * HMS Formats::
13138 * Date Formats::
13139 * Truncating the Stack::
13140 * Justification::
13141 * Labels::
13142 @end menu
13144 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13145 @subsection Radix Modes
13147 @noindent
13148 @cindex Radix display
13149 @cindex Non-decimal numbers
13150 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13151 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13152 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13153 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13154 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13155 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13157 @kindex d 2
13158 @kindex d 8
13159 @kindex d 6
13160 @kindex d 0
13161 @cindex Hexadecimal integers
13162 @cindex Octal integers
13163 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13164 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13165 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13166 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13167 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13168 as decimal.@refill
13170 @kindex d r
13171 @pindex calc-radix
13172 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13173 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13174 argument; otherwise you will be prompted for it.
13176 @kindex d z
13177 @pindex calc-leading-zeros
13178 @cindex Leading zeros
13179 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13180 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13181 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13182 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13183 word size.)  If the absolute value of the word size is @cite{w}, all integers
13184 are displayed with at least enough digits to represent @c{$2^w-1$}
13185 @cite{(2^w)-1} in the
13186 current radix.  (Larger integers will still be displayed in their entirety.)
13188 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13189 @subsection Grouping Digits
13191 @noindent
13192 @kindex d g
13193 @pindex calc-group-digits
13194 @cindex Grouping digits
13195 @cindex Digit grouping
13196 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13197 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13198 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{grouping} mode, in which digits
13199 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13200 separated by commas.
13202 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13203 With a numerix prefix of 0, this command displays the current state of
13204 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13205 with a positive argument @cite{N} it enables grouping on every @cite{N}
13206 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13207 before the decimal point.  A negative prefix argument @cite{-N} enables
13208 grouping every @cite{N} digits both before and after the decimal point.@refill
13210 @kindex d ,
13211 @pindex calc-group-char
13212 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13213 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13214 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13215 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13216 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13217 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13218 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13220 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13221 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{M-# y} and @kbd{M-# g}.
13222 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13223 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13224 is ignored by @TeX{} language mode.
13226 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13227 @subsection Float Formats
13229 @noindent
13230 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13231 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13232 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13233 in this section allow you to choose among several alternative display
13234 formats for floats.
13236 @kindex d n
13237 @pindex calc-normal-notation
13238 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13239 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13240 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13241 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13242 the specified number of significant digits less than the current
13243 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13244 current precision is 12.)
13246 @kindex d f
13247 @pindex calc-fix-notation
13248 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13249 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13250 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13251 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13252 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13253 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13254 to zero rather than switching to scientific notation.
13256 @kindex d s
13257 @pindex calc-sci-notation
13258 @cindex Scientific notation, display of
13259 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13260 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13261 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13262 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13263 The default is to display all significant digits.
13265 @kindex d e
13266 @pindex calc-eng-notation
13267 @cindex Engineering notation, display of
13268 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13269 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13270 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13271 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13272 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13274 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13275 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13276 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13277 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13278 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13279 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13280 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13281 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{M-# y} which operate on the
13282 actual displayed text in the Calculator buffer.
13284 @kindex d .
13285 @pindex calc-point-char
13286 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13287 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13288 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13289 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13290 numbers, and commas to separate elements in a list.
13292 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13293 @subsection Complex Formats
13295 @noindent
13296 @kindex d c
13297 @pindex calc-complex-notation
13298 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13299 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13300 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13301 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.@refill
13303 @kindex d i
13304 @pindex calc-i-notation
13305 @kindex d j
13306 @pindex calc-j-notation
13307 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13308 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13309 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13310 in some disciplines.@refill
13312 @cindex @code{i} variable
13313 @vindex i
13314 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13315 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13316 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13317 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13318 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13319 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13320 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13321 @xref{Variables}, under ``special constants.''@refill
13323 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13324 @subsection Fraction Formats
13326 @noindent
13327 @kindex d o
13328 @pindex calc-over-notation
13329 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13330 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13331 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13332 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13333 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13334 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13335 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13336 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13338 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13339 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13340 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13341 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13342 and @kbd{8:3} are equivalent).
13344 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13345 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13346 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13347 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13348 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13349 the fraction @cite{1:6} will be unaffected, but @cite{2:3} will be
13350 displayed as @cite{4:6}, @cite{1:2} will be displayed as @cite{3:6},
13351 and @cite{1:8} will be displayed as @cite{3:24}.  Integers are also
13352 affected by this mode:  3 is displayed as @cite{18:6}.  Note that the
13353 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13354 integers as @cite{n:1}.
13356 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13357 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13358 never affects floats.
13360 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13361 @subsection HMS Formats
13363 @noindent
13364 @kindex d h
13365 @pindex calc-hms-notation
13366 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13367 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13368 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13369 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13370 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13371 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13372 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13374 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13375 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13376 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13377 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13378 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13379 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13380 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13381 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13382 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13383 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13384 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13385 entry.
13387 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13388 @subsection Date Formats
13390 @noindent
13391 @kindex d d
13392 @pindex calc-date-notation
13393 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13394 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13395 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13396 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13397 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13398 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13399 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13400 pure dates.
13402 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13403 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13404 If you enter a blank format string, this default format is
13405 reestablished.
13407 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13408 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13409 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13411 @menu
13412 * Date Formatting Codes::
13413 * Free-Form Dates::
13414 * Standard Date Formats::
13415 @end menu
13417 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13418 @subsubsection Date Formatting Codes
13420 @noindent
13421 When displaying a date, the current date format is used.  All
13422 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13423 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13424 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13425 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13426 below.
13428 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13429 match the input string to the current format either with or without
13430 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13431 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13432 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13433 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13434 since Jan 1, 1 AD.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13435 flexible algorithm which is described in the next section.
13437 Weekday names are ignored during reading.
13439 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13440 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13441 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13442 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13443 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13445 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13447 @table @asis
13448 @item Y
13449 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13450 @item YY
13451 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13452 @item BY
13453 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13454 @item YYY
13455 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13456 @item YYYY
13457 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13458 @item aa
13459 Year:  ``ad'' or blank.
13460 @item AA
13461 Year:  ``AD'' or blank.
13462 @item aaa
13463 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13464 @item AAA
13465 Year:  ``AD '' or blank.
13466 @item aaaa
13467 Year:  ``a.d.'' or blank.
13468 @item AAAA
13469 Year:  ``A.D.'' or blank.
13470 @item bb
13471 Year:  ``bc'' or blank.
13472 @item BB
13473 Year:  ``BC'' or blank.
13474 @item bbb
13475 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13476 @item BBB
13477 Year:  `` BC'' or blank.
13478 @item bbbb
13479 Year:  ``b.c.'' or blank.
13480 @item BBBB
13481 Year:  ``B.C.'' or blank.
13482 @item M
13483 Month:  ``8'' for August.
13484 @item MM
13485 Month:  ``08'' for August.
13486 @item BM
13487 Month:  `` 8'' for August.
13488 @item MMM
13489 Month:  ``AUG'' for August.
13490 @item Mmm
13491 Month:  ``Aug'' for August.
13492 @item mmm
13493 Month:  ``aug'' for August.
13494 @item MMMM
13495 Month:  ``AUGUST'' for August.
13496 @item Mmmm
13497 Month:  ``August'' for August.
13498 @item D
13499 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13500 @item DD
13501 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13502 @item BD
13503 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13504 @item W
13505 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13506 @item WWW
13507 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13508 @item Www
13509 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13510 @item www
13511 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13512 @item WWWW
13513 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13514 @item Wwww
13515 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13516 @item d
13517 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13518 @item ddd
13519 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13520 @item bdd
13521 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13522 @item h
13523 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13524 @item hh
13525 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13526 @item bh
13527 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13528 @item H
13529 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13530 @item HH
13531 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13532 @item BH
13533 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13534 @item p
13535 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13536 @item P
13537 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13538 @item pp
13539 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13540 @item PP
13541 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13542 @item pppp
13543 AM/PM:  ``a.m.'' or ``p.m.''.
13544 @item PPPP
13545 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13546 @item m
13547 Minutes:  ``7'' for 7.
13548 @item mm
13549 Minutes:  ``07'' for 7.
13550 @item bm
13551 Minutes:  `` 7'' for 7.
13552 @item s
13553 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13554 @item ss
13555 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13556 @item bs
13557 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13558 @item SS
13559 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13560 @item BS
13561 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13562 @item N
13563 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13564 @item n
13565 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13566 @item J
13567 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13568 @item j
13569 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13570 @item U
13571 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13572 @item X
13573 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13574 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13575 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13576 required for algebraic entry.
13577 @end table
13579 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13580 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13582 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13583 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13584 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13585 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13586 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13588 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13589 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13590 reading unless several of these codes are strung together with no
13591 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13592 many digits as there are letters in the format.
13594 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13595 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13596 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13598 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13599 @subsubsection Free-Form Dates
13601 @noindent
13602 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13603 on the algorithm described here if the input does not exactly
13604 match the current date format.  This algorithm generally
13605 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13606 but it is described here in full detail for the curious.
13608 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13609 while interpreting dates.
13611 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13612 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13613 the date.
13615 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13616 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13617 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13618 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13619 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13620 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13621 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13622 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13623 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13624 recognized with no number attached.
13626 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13627 format.
13629 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13630 from the string; other characters are ignored.  All words must
13631 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13632 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13633 abbreviations.
13635 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13636 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13637 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13638 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13639 assumes the month, day and year are in the same order that they
13640 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13641 current year is taken from the system clock.
13643 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13644 words, then the input is rejected.
13646 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13647 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13648 like Julian dates that were included along with the traditional
13649 date components when the date was formatted.
13651 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13652 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13653 minus sign on the year value.
13655 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13656 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13658 @node Standard Date Formats, , Free-Form Dates, Date Formats
13659 @subsubsection Standard Date Formats
13661 @noindent
13662 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13663 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13664 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13665 to select the other formats.
13667 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13668 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13669 enter will be recorded as the new standard format of that
13670 number, as well as becoming the new current date format.
13671 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13672 command (@pxref{Mode Settings}).
13674 @table @asis
13675 @item 0
13676 @samp{N}  (Numerical format)
13677 @item 1
13678 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13679 @item 2
13680 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13681 @item 3
13682 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13683 @item 4
13684 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13685 @item 5
13686 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13687 @item 6
13688 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13689 @item 7
13690 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13691 @item 8
13692 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13693 @item 9
13694 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13695 @end table
13697 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13698 @subsection Truncating the Stack
13700 @noindent
13701 @kindex d t
13702 @pindex calc-truncate-stack
13703 @cindex Truncating the stack
13704 @cindex Narrowing the stack
13705 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13706 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13707 The number right above that line is considered to the be at the top of
13708 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13709 operations.  This is similar to the Emacs ``narrowing'' feature, except
13710 that the values below the @samp{.} are @emph{visible}, just temporarily
13711 frozen.  This feature allows you to keep several independent calculations
13712 running at once in different parts of the stack, or to apply a certain
13713 command to an element buried deep in the stack.@refill
13715 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13716 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13717 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13718 With a positive numeric prefix argument @cite{n}, @kbd{d t} hides the
13719 bottom @cite{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
13720 all but the top @cite{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
13721 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.@refill
13723 @kindex d [
13724 @pindex calc-truncate-up
13725 @kindex d ]
13726 @pindex calc-truncate-down
13727 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
13728 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
13729 line at a time (or several lines with a prefix argument).@refill
13731 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
13732 @subsection Justification
13734 @noindent
13735 @kindex d <
13736 @pindex calc-left-justify
13737 @kindex d =
13738 @pindex calc-center-justify
13739 @kindex d >
13740 @pindex calc-right-justify
13741 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
13742 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
13743 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
13744 (@code{calc-center-justify}).  For example, in right-justification mode,
13745 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
13746 window.@refill
13748 If you change the width of the Calculator window you may have to type
13749 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
13750 text.
13752 Right-justification is especially useful together with fixed-point
13753 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
13754 together, the decimal points on numbers will always line up.
13756 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
13757 a little extra control over the display.  The argument specifies the
13758 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
13759 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
13760 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
13761 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
13762 origin and line width is slightly different in each justification
13763 mode.
13765 In left-justified mode, the line is indented by a number of spaces
13766 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
13767 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
13768 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
13769 line is indented to the origin.
13771 In right-justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
13772 character is just before the origin, or just before the current
13773 window width if no origin was specified.  If the line is too long
13774 for this, then it is broken; the current line width is used, if
13775 specified, or else the origin is used as a width if that is
13776 specified, or else the line is broken to fit in the window.
13778 In centering mode, the origin is the column number of the center of
13779 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
13780 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
13781 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
13782 line width or Calc window width is used.
13784 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
13785 is indented an additional four spaces to make room for the line
13786 number.  The width of the line number is taken into account when
13787 positioning according to the current Calc window width, but not
13788 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
13789 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
13790 shifted over four spaces to fit the line numbers.
13792 @node Labels, , Justification, Display Modes
13793 @subsection Labels
13795 @noindent
13796 @kindex d @{
13797 @pindex calc-left-label
13798 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
13799 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
13800 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
13801 appear immediately after the label (unless you specified an origin
13802 greater than the length of the label).  If the entries are centered
13803 or right-justified, the label appears on the far left and does not
13804 affect the horizontal position of the stack entry.
13806 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
13808 @kindex d @}
13809 @pindex calc-right-label
13810 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
13811 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
13812 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
13813 a line width and an origin are given in right-justified mode, the
13814 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
13815 justified to the line width.
13817 One application of labels would be to add equation numbers to
13818 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
13819 document (possibly using Embedded Mode).  The equations would
13820 typically be centered, and the equation numbers would be on the
13821 left or right as you prefer.
13823 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
13824 @section Language Modes
13826 @noindent
13827 The commands in this section change Calc to use a different notation for
13828 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
13829 other common language such as Pascal or @TeX{}.  Objects displayed on the
13830 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
13831 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
13832 another buffer will be interpreted according to the current language.
13834 The current language has no effect on things written to or read from the
13835 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
13836 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
13837 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
13839 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
13840 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
13841 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
13842 to switch to C notation.  Now use @code{C-u M-# g} to grab the formula
13843 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
13844 to the first variable, and @kbd{M-# y} to yank the formula for the derivative
13845 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
13846 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
13848 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
13849 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
13850 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
13851 and would have written the formula back with notations (like implicit
13852 multiplication) which would not have been legal for a C program.
13854 As another example, suppose you are maintaining a C program and a @TeX{}
13855 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
13856 formula from the program in C mode, switch to @TeX{} mode, and yank the
13857 formula into the document in @TeX{} math-mode format.
13859 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
13860 shifted letter key.
13862 @menu
13863 * Normal Language Modes::
13864 * C FORTRAN Pascal::
13865 * TeX Language Mode::
13866 * Eqn Language Mode::
13867 * Mathematica Language Mode::
13868 * Maple Language Mode::
13869 * Compositions::
13870 * Syntax Tables::
13871 @end menu
13873 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
13874 @subsection Normal Language Modes
13876 @noindent
13877 @kindex d N
13878 @pindex calc-normal-language
13879 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
13880 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
13881 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
13882 objects are written in linear form, as they would be typed from the
13883 keyboard.
13885 @kindex d O
13886 @pindex calc-flat-language
13887 @cindex Matrix display
13888 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
13889 identical with the normal one, except that matrices are written in
13890 one-line form along with everything else.  In some applications this
13891 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
13893 @kindex d b
13894 @pindex calc-line-breaking
13895 @cindex Line breaking
13896 @cindex Breaking up long lines
13897 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
13898 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
13899 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
13900 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
13901 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
13902 command, that argument will specify the line width used when breaking
13903 long lines.
13905 @kindex d B
13906 @pindex calc-big-language
13907 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
13908 which uses textual approximations to various mathematical notations,
13909 such as powers, quotients, and square roots:
13911 @example
13912   ____________
13913  | a + 1    2
13914  | ----- + c
13915 \|   b
13916 @end example
13918 @noindent
13919 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
13921 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in ``big''
13922 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
13923 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
13924 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
13925 notation.
13927 One slight ambiguity of Big notation is that
13929 @example
13930   3
13931 - -
13932   4
13933 @end example
13935 @noindent
13936 can represent either the negative rational number @cite{-3:4}, or the
13937 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
13938 never be displayed because it would immediately be evaluated to
13939 @cite{-3:4} or @cite{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
13940 typical use.
13942 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
13943 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
13944 though generally you will know which interpretation is correct.
13945 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
13946 in Big mode.
13948 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
13949 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
13950 You may find it useful to expand the Calc window's height using
13951 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
13952 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
13954 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
13955 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
13956 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
13957 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
13959 @kindex d U
13960 @pindex calc-unformatted-language
13961 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
13962 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
13963 shown above would be displayed:
13965 @example
13966 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
13967 @end example
13969 These four modes differ only in display format, not in the format
13970 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
13971 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
13972 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
13973 parentheses).
13975 @node C FORTRAN Pascal, TeX Language Mode, Normal Language Modes, Language Modes
13976 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
13978 @noindent
13979 @kindex d C
13980 @pindex calc-c-language
13981 @cindex C language
13982 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
13983 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
13984 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
13985 particular, C language operators and operator precedences are used in
13986 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
13987 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
13988 @samp{pow(a,b)}.
13990 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
13991 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
13992 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
13993 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
13994 mode is the same as @samp{a_i} in normal mode.  Assignments
13995 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
13996 using the @samp{:=} symbol.
13998 The variables @code{var-pi} and @code{var-e} would be displayed @samp{pi}
13999 and @samp{e} in normal mode, but in C mode they are displayed as
14000 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
14001 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
14002 names are different in C are translated automatically for entry and
14003 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
14004 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
14005 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
14007 @kindex d P
14008 @pindex calc-pascal-language
14009 @cindex Pascal language
14010 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
14011 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
14012 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
14013 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
14014 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
14015 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
14016 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
14017 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
14018 of handling these in Pascal.
14020 @kindex d F
14021 @pindex calc-fortran-language
14022 @cindex FORTRAN language
14023 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
14024 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
14025 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
14026 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
14027 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
14028 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
14029 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
14030 Also, if the variable @code{a} has been declared to have type
14031 @code{vector} or @code{matrix} then @samp{a(i)} will be parsed as a
14032 subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't matter, though;
14033 if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and Calc interprets
14034 it as a function call, you'll never know the difference unless you
14035 switch to another language mode or replace @code{a} with an actual
14036 vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
14037 function!).
14039 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
14040 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
14041 normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
14043 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
14044 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
14045 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
14046 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
14047 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
14048 convert to lower-case for display and input.
14050 @node TeX Language Mode, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
14051 @subsection @TeX{} Language Mode
14053 @noindent
14054 @kindex d T
14055 @pindex calc-tex-language
14056 @cindex TeX language
14057 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
14058 of ``math mode'' in the @TeX{} typesetting language, by Donald Knuth.
14059 Formulas are entered
14060 and displayed in @TeX{} notation, as in @samp{\sin\left( a \over b \right)}.
14061 Math formulas are usually enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{}; these
14062 should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc, the @samp{$} sign
14063 has the same meaning it always does in algebraic formulas (a reference to
14064 an existing entry on the stack).@refill
14066 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
14067 quotients are written using @code{\over};
14068 binomial coefficients are written with @code{\choose}.
14069 Interval forms are written with @code{\ldots}, and
14070 error forms are written with @code{\pm}.
14071 Absolute values are written as in @samp{|x + 1|}, and the floor and
14072 ceiling functions are written with @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc.
14073 The words @code{\left} and @code{\right} are ignored when reading
14074 formulas in @TeX{} mode.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written
14075 as @code{\infty}; when read, @code{\infty} always translates to
14076 @code{inf}.@refill
14078 Function calls are written the usual way, with the function name followed
14079 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{} has
14080 special names (like @code{\sin}) will use curly braces instead of
14081 parentheses for very simple arguments.  During input, curly braces and
14082 parentheses work equally well for grouping, but when the document is
14083 formatted the curly braces will be invisible.  Thus the printed result is
14084 @c{$\sin{2 x}$}
14085 @cite{sin 2x} but @c{$\sin(2 + x)$}
14086 @cite{sin(2 + x)}.
14088 Function and variable names not treated specially by @TeX{} are simply
14089 written out as-is, which will cause them to come out in italic letters
14090 in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} with a positive numeric
14091 prefix argument, names of more than one character will instead be written
14092 @samp{\hbox@{@var{name}@}}.  The @samp{\hbox@{ @}} notation is ignored
14093 during reading.  If you use a negative prefix argument, such function
14094 names are written @samp{\@var{name}}, and function names that begin
14095 with @code{\} during reading have the @code{\} removed.  (Note that
14096 in this mode, long variable names are still written with @code{\hbox}.
14097 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar}
14098 in any @TeX{} mode.)
14100 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14101 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14102 @code{\bmatrix}.  The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14103 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14104 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14105 format; you may need to edit this afterwards to change @code{\matrix}
14106 to @code{\pmatrix} or @code{\\} to @code{\cr}.
14108 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14109 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14110 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14111 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14112 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14113 in Calc, @TeX{}, and @dfn{eqn} (described in the next section):
14115 @iftex
14116 @begingroup
14117 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14118 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14119 @end iftex
14120 @ignore
14121 @starindex
14122 @end ignore
14123 @tindex acute
14124 @ignore
14125 @starindex
14126 @end ignore
14127 @tindex bar
14128 @ignore
14129 @starindex
14130 @end ignore
14131 @tindex breve
14132 @ignore
14133 @starindex
14134 @end ignore
14135 @tindex check
14136 @ignore
14137 @starindex
14138 @end ignore
14139 @tindex dot
14140 @ignore
14141 @starindex
14142 @end ignore
14143 @tindex dotdot
14144 @ignore
14145 @starindex
14146 @end ignore
14147 @tindex dyad
14148 @ignore
14149 @starindex
14150 @end ignore
14151 @tindex grave
14152 @ignore
14153 @starindex
14154 @end ignore
14155 @tindex hat
14156 @ignore
14157 @starindex
14158 @end ignore
14159 @tindex Prime
14160 @ignore
14161 @starindex
14162 @end ignore
14163 @tindex tilde
14164 @ignore
14165 @starindex
14166 @end ignore
14167 @tindex under
14168 @ignore
14169 @starindex
14170 @end ignore
14171 @tindex Vec
14172 @iftex
14173 @endgroup
14174 @end iftex
14175 @example
14176 Calc      TeX           eqn
14177 ----      ---           ---
14178 acute     \acute
14179 bar       \bar          bar
14180 breve     \breve
14181 check     \check
14182 dot       \dot          dot
14183 dotdot    \ddot         dotdot
14184 dyad                    dyad
14185 grave     \grave
14186 hat       \hat          hat
14187 Prime                   prime
14188 tilde     \tilde        tilde
14189 under     \underline    under
14190 Vec       \vec          vec
14191 @end example
14193 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14194 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14195 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14196 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14197 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14198 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14199 You will typically want to include one of the following definitions
14200 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14202 @example
14203 \def\evalto@{@}
14204 \def\evalto#1\to@{@}
14205 @end example
14207 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14208 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14209 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14210 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14211 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14212 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14214 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14215 reading is:
14217 @example
14218 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14219 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14220 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14221 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14222 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14223 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14224 \evalto
14225 @end example
14227 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} formula
14228 into Calc and writing it back out may lose spacing and font information.
14230 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14231 the same as @samp{*}.
14233 @ifinfo
14234 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14235 end of this section.
14236 @end ifinfo
14237 @iftex
14238 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14240 @example
14241 @group
14242 sin(a^2 / b_i)
14243 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14244 @end group
14245 @end example
14246 @tex
14247 \let\rm\goodrm
14248 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14249 @end tex
14250 @sp 1
14252 @example
14253 @group
14254 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14255 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14256 @end group
14257 @end example
14258 @tex
14259 \turnoffactive
14260 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14261 @end tex
14262 @sp 1
14264 @example
14265 @group
14266 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14267 [|a|, \left| a \over b \right|,
14268  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14269 @end group
14270 @end example
14271 @tex
14272 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14273     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14274 @end tex
14275 @sp 1
14277 @example
14278 @group
14279 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14280 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14281  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14282 @end group
14283 @end example
14284 @tex
14285 \turnoffactive\let\rm\goodrm
14286 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14287 @end tex
14288 @sp 2
14290 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14291 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14292 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14294 @example
14295 @group
14296 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14297 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14298 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14299 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14300 @end group
14301 @end example
14302 @tex
14303 \let\rm\goodrm
14304 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14305 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14306 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14307 @end tex
14308 @sp 2
14310 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14312 @example
14313 @group
14314 2 + 3 => 5
14315 \evalto 2 + 3 \to 5
14316 @end group
14317 @end example
14318 @tex
14319 \turnoffactive
14320 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14321 $$ 5 $$
14322 @end tex
14323 @sp 2
14325 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14327 @example
14328 @group
14329 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14330 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14331 @end group
14332 @end example
14333 @tex
14334 \turnoffactive
14335 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14336 {\let\to\Rightarrow
14337 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14338 @end tex
14339 @sp 2
14341 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14343 @example
14344 @group
14345 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14346 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14347 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14348 @end group
14349 @end example
14350 @tex
14351 \turnoffactive
14352 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14353 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14354 @end tex
14355 @sp 2
14356 @end iftex
14358 @node Eqn Language Mode, Mathematica Language Mode, TeX Language Mode, Language Modes
14359 @subsection Eqn Language Mode
14361 @noindent
14362 @kindex d E
14363 @pindex calc-eqn-language
14364 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14365 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14366 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14367 command selects @dfn{eqn} notation.
14369 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14370 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14371 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14372 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14373 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14374 required only when the argument contains spaces.
14376 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14377 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14378 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14379 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14380 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14381 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14382 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14384 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14385 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14386 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14387 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14388 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14389 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14390 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14391 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14392 names, too.)
14394 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14395 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14396 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14397 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14398 the typeset output of @dfn{eqn}).
14400 As in @TeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14401 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14402 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14403 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14405 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14406 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14407 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14408 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14409 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14410 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14411 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14413 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14414 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.  @xref{TeX Language
14415 Mode}, for a table of these accent functions.  The @code{prime} accent
14416 is treated specially if it occurs on a variable or function name:
14417 @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is stored internally as
14418 @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the derivative of @samp{f(2 x)}
14419 with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2 x)}, which @dfn{eqn} mode
14420 will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14422 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14423 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14424 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX Language Mode}, for a discussion
14425 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14426 recognized for these operators during reading.
14428 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14429 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14430 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14431 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14432 if the matrix justification mode so specifies.
14434 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14435 @subsection Mathematica Language Mode
14437 @noindent
14438 @kindex d M
14439 @pindex calc-mathematica-language
14440 @cindex Mathematica language
14441 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14442 conventions of Mathematica, a powerful and popular mathematical tool
14443 from Wolfram Research, Inc.  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]]}.@refill
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, another mathematical tool from the University
14467 of Waterloo.
14469 Maple's language is much like C.  Underscores are allowed in symbol
14470 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14471 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14472 denote powers.
14474 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14475 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14476 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14477 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14478 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14479 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14481 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14482 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]}, and
14483 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot
14484 see the difference between an open and a closed interval while in
14485 Maple display mode.
14487 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14488 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14489 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14490 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14492 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14493 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14494 inert (@samp{&}) operators.
14496 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14497 @subsection Compositions
14499 @noindent
14500 @cindex Compositions
14501 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14502 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14503 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14504 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14505 are recognized by Calc's display formatting routines.
14507 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14508 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14509 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14510 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14511 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14512 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14513 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14514 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14516 The composition functions do the same thing in all language modes
14517 (although their components will of course be formatted in the current
14518 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14519 which does not give the composition functions any special treatment.
14520 The functions are discussed here because of their relationship to
14521 the language modes.
14523 @menu
14524 * Composition Basics::
14525 * Horizontal Compositions::
14526 * Vertical Compositions::
14527 * Other Compositions::
14528 * Information about Compositions::
14529 * User-Defined Compositions::
14530 @end menu
14532 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14533 @subsubsection Composition Basics
14535 @noindent
14536 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14537 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14538 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14539 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14540 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14541 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14542 For example, in the Big mode formula
14544 @example
14545 @group
14546           2
14547      a + b
14548 17 + ------
14549        c
14550 @end group
14551 @end example
14553 @noindent
14554 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14555 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14556 is placed on the same level as the baseline of 17.
14558 @tex
14559 \bigskip
14560 @end tex
14562 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14563 an integer that represents the binding strength of various operators.
14564 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14565 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14566 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14568 The operator table used by normal and Big language modes has the
14569 following precedences:
14571 @example
14572 _     1200   @r{(subscripts)}
14573 %     1100   @r{(as in n}%@r{)}
14574 -     1000   @r{(as in }-@r{n)}
14575 !     1000   @r{(as in }!@r{n)}
14576 mod    400
14577 +/-    300
14578 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14579 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14580 ^      200
14581 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14582 / % \  190
14583 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14584 |      170
14585 < =    160    @r{(and other relations)}
14586 &&     110
14587 ||     100
14588 ? :     90
14589 !!!     85
14590 &&&     80
14591 |||     75
14592 :=      50
14593 ::      45
14594 =>      40
14595 @end example
14597 The general rule is that if an operator with precedence @cite{n}
14598 occurs as an argument to an operator with precedence @cite{m}, then
14599 the argument is enclosed in parentheses if @cite{n < m}.  Top-level
14600 expressions and expressions which are function arguments, vector
14601 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14602 normally never get additional parentheses).
14604 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14605 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14606 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14607 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14608 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14609 with one-higher precedence.
14611 @ignore
14612 @starindex
14613 @end ignore
14614 @tindex cprec
14615 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
14616 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
14617 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
14618 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
14619 precedence than multiplication).
14621 @tex
14622 \bigskip
14623 @end tex
14625 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
14626 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
14627 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
14628 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
14629 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
14630 exactly as specified.  If they come out wider than the current
14631 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
14632 view them.
14634 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
14635 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
14636 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
14637 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
14638 move down to the next line starting at the first break point that
14639 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
14640 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
14641 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
14642 For example, a vector of sums might be formatted as:
14644 @example
14645 @group
14646 [ a + b + c, d + e + f,
14647   g + h + i, j + k + l, m ]
14648 @end group
14649 @end example
14651 @noindent
14652 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
14653 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
14654 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
14655 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
14656 itself been too large to fit.
14658 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
14659 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
14660 also generates breakable items:  A break point is added after every
14661 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
14662 end of the string.
14664 Composition functions themselves count as levels in the formula
14665 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
14666 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
14667 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
14668 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
14669 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
14670 will be on the same level as the break points of the surrounding
14671 object.
14673 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
14674 @subsubsection Horizontal Compositions
14676 @noindent
14677 @ignore
14678 @starindex
14679 @end ignore
14680 @tindex choriz
14681 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
14682 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
14683 as @w{@samp{17a b / cd}} in normal language mode, or as
14685 @example
14686 @group
14687   a b
14688 17---d
14689    c
14690 @end group
14691 @end example
14693 @noindent
14694 in Big language mode.  This is actually one case of the general
14695 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
14696 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
14697 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
14698 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
14699 the precedence from the surrounding environment.
14701 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
14702 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
14703 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
14704 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
14705 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
14706 (unless any of its component compositions are breakable).
14708 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
14709 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
14710 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
14711 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
14712 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
14714 The baseline of a horizontal composition is the same as the
14715 baselines of the component compositions, which are all aligned.
14717 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
14718 @subsubsection Vertical Compositions
14720 @noindent
14721 @ignore
14722 @starindex
14723 @end ignore
14724 @tindex cvert
14725 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
14726 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
14727 the result is by default the top line of the resulting composition.
14728 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
14729 formats in Big mode as
14731 @example
14732 @group
14733 f( a ,  2    )
14734   bb   a  + 1
14735   ccc     2
14736          b
14737 @end group
14738 @end example
14740 @ignore
14741 @starindex
14742 @end ignore
14743 @tindex cbase
14744 There are several special composition functions that work only as
14745 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
14746 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
14747 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
14748 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
14749 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
14751 @example
14752 @group
14753         2
14754        a  + 1
14755    a      2
14756 f(bb ,   b   )
14757   ccc
14758 @end group
14759 @end example
14761 @ignore
14762 @starindex
14763 @end ignore
14764 @tindex ctbase
14765 @ignore
14766 @starindex
14767 @end ignore
14768 @tindex cbbase
14769 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
14770 make the baseline of the vertical composition equal to the top
14771 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
14772 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
14773 cvert([cbbase(a / b)])} gives
14775 @example
14776 @group
14777         a
14778 a       -
14779 - + a + b
14780 b   -
14781     b
14782 @end group
14783 @end example
14785 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
14786 function in a given vertical composition.  These functions can also
14787 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
14788 which means the baseline is the top line of the following item, and
14789 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
14790 item.
14792 @ignore
14793 @starindex
14794 @end ignore
14795 @tindex crule
14796 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
14797 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
14798 characters to build the rule.  You can specify any other character,
14799 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
14800 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
14801 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
14802 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
14804 @example
14805 @group
14806 a + 1
14807 =====
14808   2
14810 @end group
14811 @end example
14813 @ignore
14814 @starindex
14815 @end ignore
14816 @tindex clvert
14817 @ignore
14818 @starindex
14819 @end ignore
14820 @tindex crvert
14821 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
14822 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
14823 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
14824 gives:
14826 @example
14827 @group
14828 a   +   a
14829 bb     bb
14830 ccc   ccc
14831 @end group
14832 @end example
14834 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
14835 which gives the precedence to use when formatting the components.
14836 Vertical compositions do not support separator strings.
14838 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
14839 @subsubsection Other Compositions
14841 @noindent
14842 @ignore
14843 @starindex
14844 @end ignore
14845 @tindex csup
14846 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
14847 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
14848 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
14849 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
14850 bottom line is one above the baseline.
14852 @ignore
14853 @starindex
14854 @end ignore
14855 @tindex csub
14856 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
14857 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
14858 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
14859 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
14860 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
14862 @ignore
14863 @starindex
14864 @end ignore
14865 @tindex cflat
14866 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
14867 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
14868 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
14869 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
14870 to improve its readability.
14872 @ignore
14873 @starindex
14874 @end ignore
14875 @tindex cspace
14876 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
14877 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
14878 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
14879 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
14880 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
14881 it is formatted in the normal way and then several copies of that
14882 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
14884 @example
14885 @group
14886  2 2 2 2
14887 a a a a
14888 @end group
14889 @end example
14891 @noindent
14892 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
14894 @ignore
14895 @starindex
14896 @end ignore
14897 @tindex cvspace
14898 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
14899 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
14900 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
14901 argument of zero will produce an object which contributes zero
14902 height if used in a vertical composition.
14904 @ignore
14905 @starindex
14906 @end ignore
14907 @tindex ctspace
14908 @ignore
14909 @starindex
14910 @end ignore
14911 @tindex cbspace
14912 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
14913 create vertical space with the baseline the same as the baseline
14914 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
14915 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
14916 displays as:
14918 @example
14919 @group
14920         a
14921         -
14922 a       b
14923 -   a   a
14924 b + - + -
14925 a   b   b
14926 -   a
14927 b   -
14928     b
14929 @end group
14930 @end example
14932 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
14933 @subsubsection Information about Compositions
14935 @noindent
14936 The functions in this section are actual functions; they compose their
14937 arguments according to the current language and other display modes,
14938 then return a certain measurement of the composition as an integer.
14940 @ignore
14941 @starindex
14942 @end ignore
14943 @tindex cwidth
14944 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
14945 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
14946 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
14947 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
14948 the composition functions described in this section.
14950 @ignore
14951 @starindex
14952 @end ignore
14953 @tindex cheight
14954 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
14955 This is the total number of lines in the argument's printed form.
14957 @ignore
14958 @starindex
14959 @end ignore
14960 @tindex cascent
14961 @ignore
14962 @starindex
14963 @end ignore
14964 @tindex cdescent
14965 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
14966 of the height that is above (and including) the baseline, or below
14967 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
14968 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
14969 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
14970 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
14971 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
14972 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
14974 @node User-Defined Compositions, , Information about Compositions, Compositions
14975 @subsubsection User-Defined Compositions
14977 @noindent
14978 @kindex Z C
14979 @pindex calc-user-define-composition
14980 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
14981 define the display format for any algebraic function.  You provide a
14982 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
14983 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
14984 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
14985 replaces the function call with that formula with the arguments
14986 replaced.
14988 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
14989 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
14990 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
14991 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
14992 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
14993 affect the display at all.
14995 You can define formats for built-in functions, for functions you have
14996 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
14997 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
14998 You can define different formats for each language mode, and for each
14999 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
15000 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15001 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15002 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15003 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15004 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15006 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15007 formula, any defined formats for the function in the current language
15008 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15010 For example, the default format for the binomial coefficient function
15011 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15013 @example
15014 @group
15016 ( )
15018 @end group
15019 @end example
15021 @noindent
15022 You might prefer the notation,
15024 @example
15025 @group
15027 n m
15028 @end group
15029 @end example
15031 @noindent
15032 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15033 then put the formula
15035 @smallexample
15036 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15037 @end smallexample
15039 @noindent
15040 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15041 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15042 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15043 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15044 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15045 as an algebraic entry.
15047 @example
15048 @group
15049  C  +  C
15050 a b   7 3
15051 @end group
15052 @end example
15054 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15055 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15056 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15057 instead of parentheses.
15059 @smallexample
15060 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15061 @end smallexample
15063 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15064 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15066 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15067 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15068 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15069 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15070 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15071 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15072 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15073 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15074 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15075 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15076 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15077 it can easily be confused with a real sum.)
15079 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15080 composition formula to cause all or part of the formula to be
15081 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15082 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15083 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15084 regardless of the current simplification mode.  There are also
15085 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15086 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15087 operate only in the context of composition formulas (and also in
15088 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15089 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15090 symbolic form.
15092 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15093 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15094 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15095 there are several situations where it could be slow.  For example,
15096 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15097 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15098 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15099 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15100 produce a large, unwieldy integer.
15102 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15103 command (@pxref{Creating User Keys}).
15105 @node Syntax Tables, , Compositions, Language Modes
15106 @subsection Syntax Tables
15108 @noindent
15109 @cindex Syntax tables
15110 @cindex Parsing formulas, customized
15111 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15112 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15113 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15115 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15116 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15118 @kindex Z S
15119 @pindex calc-edit-user-syntax
15120 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15121 syntax table for the current language mode.  If you want your
15122 syntax to work in any language, define it in the normal language
15123 mode.  Type @kbd{M-# M-#} to finish editing the syntax table, or
15124 @kbd{M-# x} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15125 the syntax tables along with the other mode settings;
15126 @pxref{General Mode Commands}.
15128 @menu
15129 * Syntax Table Basics::
15130 * Precedence in Syntax Tables::
15131 * Advanced Syntax Patterns::
15132 * Conditional Syntax Rules::
15133 @end menu
15135 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15136 @subsubsection Syntax Table Basics
15138 @noindent
15139 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15140 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15141 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15142 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15143 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15144 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15145 the parser matches this string of tokens against various built-in
15146 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15147 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15148 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15150 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15151 which allow you to specify new patterns to define your own
15152 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15153 table for the current language mode, then the table for the normal
15154 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15155 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15156 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15157 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15158 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15159 completely different.)
15161 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15162 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15163 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15165 @example
15166 foo ( ) := 2+3
15167 @end example
15169 @noindent
15170 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15171 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15172 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15173 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15174 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15175 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15176 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15177 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15178 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15179 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15180 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15181 calls would no longer recognize it!
15183 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15184 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15185 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15187 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15188 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15189 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15190 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15191 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15192 and postfix operator, respectively:
15194 @example
15195 foo ( # ) := myfunc(#1)
15196 foo # := myprefix(#1)
15197 # foo # := myinfix(#1,#2)
15198 # foo := mypostfix(#1)
15199 @end example
15201 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15202 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15204 It is important to write the first two rules in the order shown,
15205 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15206 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15207 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15208 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15209 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15210 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15211 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15212 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15213 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15214 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15215 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15217 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15218 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15219 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15220 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15221 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15222 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15223 expressions with nothing between them will be parsed as one
15224 expression that uses implicit multiplication.
15226 As a more practical example, Maple uses the notation
15227 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15228 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15229 rule,
15231 @example
15232 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15233 @end example
15235 @noindent
15236 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15237 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15238 define these operators quite easily:
15240 @example
15241 # *= # := muleq(#1,#2)
15242 # ++ := postinc(#1)
15243 ++ # := preinc(#1)
15244 @end example
15246 @noindent
15247 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15248 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15249 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15250 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15252 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15253 interpretation in syntax patterns:
15255 @example
15256 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15257 @end example
15259 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15260 again it is generally better to use two tokens than one token with
15261 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15262 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15263 backslashes in tokens.)
15265 @example
15266 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15267 @end example
15269 @noindent
15270 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15272 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15273 it is not legal to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15274 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15275 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15276 the syntax table will prevent those characters from working in their
15277 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15278 respectively).
15280 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15281 the rest of the line to be ignored as a comment.
15283 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15284 @subsubsection Precedence
15286 @noindent
15287 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15288 By default, an operator defined by a rule like
15290 @example
15291 # foo # := foo(#1,#2)
15292 @end example
15294 @noindent
15295 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15296 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15297 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15298 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15299 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15300 @samp{*}, so if we change this rule to
15302 @example
15303 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15304 @end example
15306 @noindent
15307 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15308 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15309 precedence, our new operator will be left-associative:
15310 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15311 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15312 can create a right-associative operator.
15314 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15315 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15316 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15318 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15319 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15321 @noindent
15322 To match a function with a variable number of arguments, you could
15323 write
15325 @example
15326 foo ( # ) := myfunc(#1)
15327 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15328 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15329 @end example
15331 @noindent
15332 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15333 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15334 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15336 @example
15337 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15338 @end example
15340 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15341 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15342 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15343 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15344 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15345 separator token (with no space in between, as shown above).
15346 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15347 several expressions separated by commas.
15349 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15350 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15351 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15352 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15353 of arguments and builds a call to the function with those
15354 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15356 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15357 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15358 strung together into the resulting vector.  If the body
15359 does not contain anything but literal tokens, the result will
15360 always be an empty vector.
15362 @example
15363 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15364 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15365 @end example
15367 @noindent
15368 will parse @samp{foo(1, 2, 3, 4)} as @samp{bar([1, 2, 3, 4])}, and
15369 @samp{foo(1, 2; 3, 4)} as @samp{matrix([[1, 2], [3, 4]])}.  Also, after
15370 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15371 @samp{foo(1, 2, 3)} as @samp{matrix([[1, 2, 3]])}, since the first
15372 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15374 @example
15375 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15376 @end example
15378 @noindent
15379 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15380 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15382 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15383 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15384 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15386 @example
15387 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15388 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15389 @end example
15391 @noindent
15392 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15393 which will always be an empty vector, but in the second case no
15394 empty vector is produced.
15396 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15397 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15398 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15399 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 @key{RET}}, omitting
15400 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15401 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15402 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15403 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15404 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15405 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15406 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15407 as optional.
15409 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15410 patterns will not work as you might expect:
15412 @example
15413 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15414 @end example
15416 @noindent
15417 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15418 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15419 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15420 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15421 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15422 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15423 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15425 @example
15426 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15427 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15428 @end example
15430 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15431 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15432 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15433 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15434 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15435 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15436 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15438 @node Conditional Syntax Rules, , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15439 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15441 @noindent
15442 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15443 example, the rules
15445 @example
15446 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15447 foo ( # ) := gfoo(#1)
15448 @end example
15450 @noindent
15451 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15452 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15453 number of conditions may be attached; all must be true for the
15454 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15455 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15456 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15458 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15459 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15460 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15461 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15462 as if by the @w{@kbd{a s}} algebra command (@pxref{Simplifying Formulas}).
15463 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15464 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15465 results of all conditions are true, the expression (such as
15466 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15467 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15468 goes on to try the next rule in the syntax table.
15470 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15471 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15472 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15473 condition is always true, but as a side effect it defines a
15474 variable which can be used in later conditions, and also in the
15475 expression after the @samp{:=} sign:
15477 @example
15478 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15479 @end example
15481 @noindent
15482 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15483 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15484 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15485 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15487 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15488 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15489 rules.
15491 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15492 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15493 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15494 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15495 conditions and in the result expression.  The arguments to
15496 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15498 @example
15499 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15500 @end example
15502 @noindent
15503 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15504 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15505 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15506 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15507 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15508 normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15509 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15510 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15512 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15513 @section The @code{Modes} Variable
15515 @noindent
15516 @kindex m g
15517 @pindex calc-get-modes
15518 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15519 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15520 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15521 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15522 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15523 on the current mode settings.
15525 @cindex @code{Modes} variable
15526 @vindex Modes
15527 The modes vector is also available in the special variable
15528 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes @key{RET}}.
15529 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15530 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15531 command will continue to work, however.)
15533 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15534 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15535 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15536 a numeric prefix to the next command.)
15538 The elements of the modes vector are as follows:
15540 @enumerate
15541 @item
15542 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15544 @item
15545 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15547 @item
15548 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15549 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15551 @item
15552 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15554 @item
15555 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15556 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15557 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15558 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15559 command, but note that this may lose information:  For example,
15560 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15561 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15562 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15563 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15564 will still be frozen at 12 significant figures.
15566 @item
15567 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15568 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15570 @item
15571 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15573 @item
15574 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15576 @item
15577 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15578 Command is @kbd{m p}.
15580 @item
15581 Matrix/scalar mode.  Default value is @i{-1}.  Value is 0 for scalar
15582 mode, @i{-2} for matrix mode, or @var{N} for @c{$N\times N$}
15583 @var{N}x@var{N} matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15585 @item
15586 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @i{-1} for off (@kbd{m O}),
15587 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15588 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15590 @item
15591 Infinite mode.  Default is @i{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15592 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15593 @end enumerate
15595 For example, the sequence @kbd{M-1 m g @key{RET} 2 + ~ p} increases the
15596 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15597 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15598 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15599 keyboard macro.)
15601 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ @key{DEL}} deletes all but the
15602 oldest (bottommost) stack entry.
15604 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15605 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15606 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
15607 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
15608 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
15609 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
15611 @node Calc Mode Line, , Modes Variable, Mode Settings
15612 @section The Calc Mode Line
15614 @noindent
15615 @cindex Mode line indicators
15616 This section is a summary of all symbols that can appear on the
15617 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
15618 stack window (or under an editing window in Embedded Mode).
15620 The basic mode line format is:
15622 @example
15623 --%%-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
15624 @end example
15626 The @samp{%%} is the Emacs symbol for ``read-only''; it shows that
15627 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
15628 as if it were text.
15630 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded Mode
15631 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
15632 that are in effect.
15634 The first mode is always the current precision, an integer.
15635 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
15636 @code{Rad}, or @code{Hms}.
15638 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
15639 on the mode line:
15641 @table @code
15642 @item Alg
15643 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
15645 @item Alg[(
15646 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
15648 @item Alg*
15649 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
15651 @item Symb
15652 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
15654 @item Matrix
15655 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15657 @item Matrix@var{n}
15658 Dimensioned matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}).
15660 @item Scalar
15661 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15663 @item Polar
15664 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
15666 @item Frac
15667 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
15669 @item Inf
15670 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
15672 @item +Inf
15673 Positive infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
15675 @item NoSimp
15676 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
15678 @item NumSimp
15679 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
15681 @item BinSimp@var{w}
15682 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
15684 @item AlgSimp
15685 Algebraic simplification mode (@kbd{m A}).
15687 @item ExtSimp
15688 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
15690 @item UnitSimp
15691 Units simplification mode (@kbd{m U}).
15693 @item Bin
15694 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
15696 @item Oct
15697 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
15699 @item Hex
15700 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
15702 @item Radix@var{n}
15703 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
15705 @item Zero
15706 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
15708 @item Big
15709 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
15711 @item Flat
15712 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
15714 @item Unform
15715 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
15717 @item C
15718 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
15720 @item Pascal
15721 Pascal language mode (@kbd{d P}).
15723 @item Fortran
15724 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
15726 @item TeX
15727 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX Language Mode}).
15729 @item Eqn
15730 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
15732 @item Math
15733 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
15735 @item Maple
15736 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
15738 @item Norm@var{n}
15739 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
15741 @item Fix@var{n}
15742 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
15744 @item Sci
15745 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
15747 @item Sci@var{n}
15748 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
15750 @item Eng
15751 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
15753 @item Eng@var{n}
15754 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
15756 @item Left@var{n}
15757 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
15759 @item Right
15760 Right-justified display (@kbd{d >}).
15762 @item Right@var{n}
15763 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
15765 @item Center
15766 Centered display (@kbd{d =}).
15768 @item Center@var{n}
15769 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
15771 @item Wid@var{n}
15772 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
15774 @item Wide
15775 No line breaking (@kbd{d b}).
15777 @item Break
15778 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
15780 @item Save
15781 Record modes in @file{~/.emacs} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
15783 @item Local
15784 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15786 @item LocEdit
15787 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15789 @item LocPerm
15790 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15792 @item Global
15793 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15795 @item Manual
15796 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
15797 Recomputation}).
15799 @item Graph
15800 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
15802 @item Sel
15803 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
15805 @item Dirty
15806 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
15808 @item Inv
15809 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
15811 @item Hyp
15812 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
15814 @item Keep
15815 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
15817 @item Narrow
15818 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
15819 @end table
15821 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
15822 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
15824 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
15825 @chapter Arithmetic Functions
15827 @noindent
15828 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
15829 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
15830 commands work by removing the top one or two values from the stack,
15831 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
15832 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
15833 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
15834 is illegal) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
15836 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
15837 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
15838 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
15840 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
15841 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
15842 interpret a prefix argument.
15844 @menu
15845 * Basic Arithmetic::
15846 * Integer Truncation::
15847 * Complex Number Functions::
15848 * Conversions::
15849 * Date Arithmetic::
15850 * Financial Functions::
15851 * Binary Functions::
15852 @end menu
15854 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
15855 @section Basic Arithmetic
15857 @noindent
15858 @kindex +
15859 @pindex calc-plus
15860 @ignore
15861 @mindex @null
15862 @end ignore
15863 @tindex +
15864 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
15865 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
15866 onto the stack.
15868 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
15869 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
15870 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
15871 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
15872 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
15873 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
15874 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
15875 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
15876 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
15877 to every element of a vector.
15879 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
15880 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
15881 the current Polar Mode determines the form of the result.  If Symbolic
15882 Mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
15883 conversions for polar addition are non-trivial.
15885 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
15886 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
15887 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
15888 degrees or radians (depending on the current Angular Mode) to HMS format
15889 and then the two HMS forms are added.
15891 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
15892 real number, which advances the date by a certain number of days, or
15893 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
15894 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
15895 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
15896 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
15897 negative of a date form can be understood by remembering that dates
15898 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
15900 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
15901 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
15902 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
15903 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
15904 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
15905 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
15906 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
15907 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
15909 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @cite{M},
15910 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
15911 result is a modulo form which represents the sum, modulo @cite{M}, of
15912 the two values.
15914 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
15915 which describes all possible sums of the possible input values.  If
15916 one argument is a plain number, it is treated as the interval
15917 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
15919 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
15920 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
15921 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
15922 infinite in different directions the result is @code{nan}.
15924 @kindex -
15925 @pindex calc-minus
15926 @ignore
15927 @mindex @null
15928 @end ignore
15929 @tindex -
15930 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
15931 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
15932 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @i{-3}.  All options
15933 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
15935 @kindex *
15936 @pindex calc-times
15937 @ignore
15938 @mindex @null
15939 @end ignore
15940 @tindex *
15941 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
15942 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
15943 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
15944 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
15945 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
15946 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
15947 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
15948 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
15949 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
15951 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
15952 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
15953 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
15954 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
15955 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
15956 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
15957 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
15958 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
15960 @kindex /
15961 @pindex calc-divide
15962 @ignore
15963 @mindex @null
15964 @end ignore
15965 @tindex /
15966 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.  When
15967 dividing a scalar @cite{B} by a square matrix @cite{A}, the computation
15968 performed is @cite{B} times the inverse of @cite{A}.  This also occurs
15969 if @cite{B} is itself a vector or matrix, in which case the effect is
15970 to solve the set of linear equations represented by @cite{B}.  If @cite{B}
15971 is a matrix with the same number of rows as @cite{A}, or a plain vector
15972 (which is interpreted here as a column vector), then the equation
15973 @cite{A X = B} is solved for the vector or matrix @cite{X}.  Otherwise,
15974 if @cite{B} is a non-square matrix with the same number of @emph{columns}
15975 as @cite{A}, the equation @cite{X A = B} is solved.  If you wish a vector
15976 @cite{B} to be interpreted as a row vector to be solved as @cite{X A = B},
15977 make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1 v p} first.  To force a
15978 left-handed solution with a square matrix @cite{B}, transpose @cite{A} and
15979 @cite{B} before dividing, then transpose the result.
15981 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
15982 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
15983 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
15984 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
15985 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
15986 interval.
15988 @kindex ^
15989 @pindex calc-power
15990 @ignore
15991 @mindex @null
15992 @end ignore
15993 @tindex ^
15994 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
15995 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
15996 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
15997 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
15998 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
15999 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16001 @kindex I ^
16002 @tindex nroot
16003 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16004 computes an Nth root:  @kbd{125 @key{RET} 3 I ^} computes the number 5.
16005 (This is entirely equivalent to @kbd{125 @key{RET} 1:3 ^}.)
16007 @kindex \
16008 @pindex calc-idiv
16009 @tindex idiv
16010 @ignore
16011 @mindex @null
16012 @end ignore
16013 @tindex \
16014 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16015 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16016 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16017 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16018 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16019 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16021 @kindex %
16022 @pindex calc-mod
16023 @ignore
16024 @mindex @null
16025 @end ignore
16026 @tindex %
16027 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16028 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16029 for all real numbers @cite{a} and @cite{b} (except @cite{b=0}).  For
16030 positive @cite{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16031 @cite{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16032 If @cite{a} is a modulo form, its modulo is changed to @cite{b}, which
16033 must be positive real number.
16035 @kindex :
16036 @pindex calc-fdiv
16037 @tindex fdiv
16038 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) command [@code{fdiv} function in a formula]
16039 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16040 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction Mode (with
16041 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16042 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16043 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16044 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16045 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16047 @kindex n
16048 @pindex calc-change-sign
16049 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16050 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16051 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16053 @kindex A
16054 @pindex calc-abs
16055 @tindex abs
16056 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16057 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16058 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16059 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16060 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16061 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16062 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16063 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16064 an interval is defined in the obvious way.
16066 @kindex f A
16067 @pindex calc-abssqr
16068 @tindex abssqr
16069 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16070 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16072 @kindex f s
16073 @pindex calc-sign
16074 @tindex sign
16075 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16076 argument is positive, @i{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16077 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16078 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16079 zero depending on the sign of @samp{a}.
16081 @kindex &
16082 @pindex calc-inv
16083 @tindex inv
16084 @cindex Reciprocal
16085 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16086 reciprocal of a number, i.e., @cite{1 / x}.  Operating on a square
16087 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16089 @kindex Q
16090 @pindex calc-sqrt
16091 @tindex sqrt
16092 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16093 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16094 complex number whose form is determined by the current Polar Mode.
16096 @kindex f h
16097 @pindex calc-hypot
16098 @tindex hypot
16099 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16100 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16101 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @cite{a}
16102 and @cite{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16103 magnitudes are used.
16105 @kindex f Q
16106 @pindex calc-isqrt
16107 @tindex isqrt
16108 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16109 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16110 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16111 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16112 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16113 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16114 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16116 @kindex f n
16117 @kindex f x
16118 @pindex calc-min
16119 @tindex min
16120 @pindex calc-max
16121 @tindex max
16122 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16123 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16124 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16125 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16126 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16127 all the arguments.)@refill
16129 @kindex f M
16130 @kindex f X
16131 @pindex calc-mant-part
16132 @tindex mant
16133 @pindex calc-xpon-part
16134 @tindex xpon
16135 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16136 the ``mantissa'' part @cite{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16137 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16138 @cite{e}.  The original number is equal to @c{$m \times 10^e$}
16139 @cite{m * 10^e},
16140 where @cite{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16141 @cite{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16142 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16143 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16144 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16145 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16146 a multiple of ten (again except for the @cite{m=e=0} case).@refill
16148 @kindex f S
16149 @pindex calc-scale-float
16150 @tindex scf
16151 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16152 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16153 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16154 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16155 or @samp{1:20} depending on the current Fraction Mode.@refill
16157 @kindex f [
16158 @kindex f ]
16159 @pindex calc-decrement
16160 @pindex calc-increment
16161 @tindex decr
16162 @tindex incr
16163 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16164 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16165 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16166 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16167 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16168 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16169 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16170 @samp{0.0} produces @c{$10^{-p}$}
16171 @cite{10^-p}, where @cite{p} is the current
16172 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16173 With numeric prefix arguments, they change the number by @cite{n} units.
16175 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16176 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16177 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16178 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16179 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16180 way floating-point numbers work.
16182 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16183 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16185 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16186 @section Integer Truncation
16188 @noindent
16189 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16190 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16191 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16192 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16193 to integer form.
16195 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16196 expressed as an integer-valued floating-point number.
16198 @cindex Integer part of a number
16199 @kindex F
16200 @pindex calc-floor
16201 @tindex floor
16202 @tindex ffloor
16203 @ignore
16204 @mindex @null
16205 @end ignore
16206 @kindex H F
16207 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16208 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16209 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16210 @i{-4}.@refill
16212 @kindex I F
16213 @pindex calc-ceiling
16214 @tindex ceil
16215 @tindex fceil
16216 @ignore
16217 @mindex @null
16218 @end ignore
16219 @kindex H I F
16220 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16221 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16222 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @i{-3}.@refill
16224 @kindex R
16225 @pindex calc-round
16226 @tindex round
16227 @tindex fround
16228 @ignore
16229 @mindex @null
16230 @end ignore
16231 @kindex H R
16232 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16233 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16234 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16235 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16236 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @i{-4}.@refill
16238 @kindex I R
16239 @pindex calc-trunc
16240 @tindex trunc
16241 @tindex ftrunc
16242 @ignore
16243 @mindex @null
16244 @end ignore
16245 @kindex H I R
16246 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16247 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16248 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16249 @kbd{_3.6 I R} produces @i{-3}.@refill
16251 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16252 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16253 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16254 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16255 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16256 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16258 @ignore
16259 @starindex
16260 @end ignore
16261 @tindex rounde
16262 @ignore
16263 @starindex
16264 @end ignore
16265 @tindex roundu
16266 @ignore
16267 @starindex
16268 @end ignore
16269 @tindex frounde
16270 @ignore
16271 @starindex
16272 @end ignore
16273 @tindex froundu
16274 There are two more rounding functions which can only be entered in
16275 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16276 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16277 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16278 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16279 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16280 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16281 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16282 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16283 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16284 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16285 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16286 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16287 argument will first have been rounded down to @cite{2.5} (which
16288 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16290 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16291 a second argument which specifies the number of digits after the
16292 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16293 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16294 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16295 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16296 no second argument at all.
16298 @cindex Fractional part of a number
16299 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16300 added to `@t{floor(}@var{n}@t{)}', will produce @var{n}) just take @var{n}
16301 modulo 1 using the @code{%} command.@refill
16303 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16304 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16305 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16306 arguments and return the result rounded down to an integer.
16308 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16309 @section Complex Number Functions
16311 @noindent
16312 @kindex J
16313 @pindex calc-conj
16314 @tindex conj
16315 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16316 complex conjugate of a number.  For complex number @cite{a+bi}, the
16317 complex conjugate is @cite{a-bi}.  If the argument is a real number,
16318 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16319 this command replaces each element by its complex conjugate.
16321 @kindex G
16322 @pindex calc-argument
16323 @tindex arg
16324 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16325 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16326 notation, this is simply the second component of the pair
16327 `@t{(}@var{r}@t{;}@c{$\theta$}
16328 @var{theta}@t{)}'.
16329 The result is expressed according to the current angular mode and will
16330 be in the range @i{-180} degrees (exclusive) to @i{+180} degrees
16331 (inclusive), or the equivalent range in radians.@refill
16333 @pindex calc-imaginary
16334 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16335 top of the stack by the imaginary number @cite{i = (0,1)}.  This
16336 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16337 on the @key{IMAG} button in Keypad Mode.
16339 @kindex f r
16340 @pindex calc-re
16341 @tindex re
16342 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16343 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16344 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16345 the value part.)@refill
16347 @kindex f i
16348 @pindex calc-im
16349 @tindex im
16350 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16351 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16352 or matrix argument, these functions operate element-wise.@refill
16354 @ignore
16355 @mindex v p
16356 @end ignore
16357 @kindex v p (complex)
16358 @pindex calc-pack
16359 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16360 the stack into a composite object such as a complex number.  With
16361 a prefix argument of @i{-1}, it produces a rectangular complex number;
16362 with an argument of @i{-2}, it produces a polar complex number.
16363 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16365 @ignore
16366 @mindex v u
16367 @end ignore
16368 @kindex v u (complex)
16369 @pindex calc-unpack
16370 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16371 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16372 into its separate components.
16374 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16375 @section Conversions
16377 @noindent
16378 The commands described in this section convert numbers from one form
16379 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16381 @kindex c f
16382 @pindex calc-float
16383 @tindex pfloat
16384 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16385 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16386 @cite{23} is converted to @cite{23.0}, @cite{3:2} is converted to
16387 @cite{1.5}, and @cite{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16388 object such as a complex number or vector, each of the components is
16389 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16390 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16391 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16392 format may lose information.@refill
16394 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16395 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16396 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16397 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16398 it does not notice that the thing being floated is a power.
16399 @xref{Selecting Subformulas}.
16401 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16402 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16403 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16404 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16406 @kindex H c f
16407 @tindex float
16408 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16409 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16410 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16411 is left unevaluated because its argument is not a number.
16413 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16414 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16415 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16416 that appear right now.
16418 @kindex c F
16419 @pindex calc-fraction
16420 @tindex pfrac
16421 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16422 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16423 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16424 input number, to within the current precision.  You can also give a
16425 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16426 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16427 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16428 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16429 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16430 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16431 fraction is correct to within that absolute amount.
16433 @kindex H c F
16434 @tindex frac
16435 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16436 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16437 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16439 @kindex c d
16440 @pindex calc-to-degrees
16441 @tindex deg
16442 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16443 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16444 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16445 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.@refill
16447 @kindex c r
16448 @pindex calc-to-radians
16449 @tindex rad
16450 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16451 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16453 @kindex c h
16454 @pindex calc-to-hms
16455 @tindex hms
16456 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16457 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16458 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16459 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16460 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16462 @pindex calc-from-hms
16463 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16464 stack into a real number according to the current angular mode.
16466 @kindex c p
16467 @kindex I c p
16468 @pindex calc-polar
16469 @tindex polar
16470 @tindex rect
16471 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16472 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16473 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16474 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16475 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16476 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16477 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16478 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)@refill
16480 @kindex c c
16481 @pindex calc-clean
16482 @tindex pclean
16483 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16484 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16485 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16486 components have strayed from the @i{-180} to @i{+180} degree range
16487 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16488 angular mode is different from the one under which the number was
16489 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16490 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16491 number (i.e., pervasively).@refill
16493 If the simplification mode is set below the default level, it is raised
16494 to the default level for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c}
16495 applies the default simplifications even if their automatic application
16496 is disabled.  @xref{Simplification Modes}.
16498 @cindex Roundoff errors, correcting
16499 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16500 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16501 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16502 prefix decreases the precision by the specified amount.
16504 @kindex c 0-9
16505 @pindex calc-clean-num
16506 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16507 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16508 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16509 decimal place often conveniently does the trick.
16511 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16512 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16513 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16514 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16515 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16516 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16517 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16519 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16520 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16521 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16522 does not clip small numbers.)
16524 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16525 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16526 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16527 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16528 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16529 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16531 @kindex H c 0-9
16532 @kindex H c c
16533 @tindex clean
16534 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16535 operate non-pervasively [@code{clean}].
16537 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16538 @section Date Arithmetic
16540 @noindent
16541 @cindex Date arithmetic, additional functions
16542 The commands described in this section perform various conversions
16543 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16544 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16545 letters.
16547 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16548 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16549 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16550 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16551 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16552 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16554 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16555 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16556 additional argument from the top of the stack.
16558 @menu
16559 * Date Conversions::
16560 * Date Functions::
16561 * Time Zones::
16562 * Business Days::
16563 @end menu
16565 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16566 @subsection Date Conversions
16568 @noindent
16569 @kindex t D
16570 @pindex calc-date
16571 @tindex date
16572 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16573 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD.  The
16574 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16575 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16576 argument is a number, it converts this number into a date form.
16578 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16579 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16580 of the following ways:
16582 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16583 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16584 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16585 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16586 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16587 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16588 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16589 month will be used.
16591 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16592 pure date form using the current year, as determined by the
16593 real-time clock.
16595 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16596 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
16598 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
16599 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
16600 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
16601 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
16602 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
16603 The last two arguments default to zero if omitted.
16605 @kindex t J
16606 @pindex calc-julian
16607 @tindex julian
16608 @cindex Julian day counts, conversions
16609 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
16610 a date form into a Julian day count, which is the number of days
16611 since noon on Jan 1, 4713 BC.  A pure date is converted to an integer
16612 Julian count representing noon of that day.  A date/time form is
16613 converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
16614 interpret the date form in the current time zone but the Julian
16615 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
16616 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
16617 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
16618 are never time-zone adjusted.
16620 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
16621 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
16622 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
16623 current or specified time zone.
16625 @kindex t U
16626 @pindex calc-unix-time
16627 @tindex unixtime
16628 @cindex Unix time format, conversions
16629 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
16630 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
16631 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
16632 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
16633 precisions, the result may be a float with (@var{precision}@minus{}12)
16634 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
16635 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
16636 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
16637 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
16638 suppress the adjustment if so.
16640 @kindex t C
16641 @pindex calc-convert-time-zones
16642 @tindex tzconv
16643 @cindex Time Zones, converting between
16644 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
16645 command converts a date form from one time zone to another.  You
16646 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
16647 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
16648 If you answer either prompt with a blank line, the local time
16649 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
16650 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
16651 stack (and the date to be converted from the third stack level).
16653 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
16654 @subsection Date Functions
16656 @noindent
16657 @kindex t N
16658 @pindex calc-now
16659 @tindex now
16660 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
16661 current date and time on the stack as a date form.  The time is
16662 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
16663 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
16665 @kindex t P
16666 @pindex calc-date-part
16667 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
16668 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
16669 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
16670 The various part codes are described in the following paragraphs.
16672 @tindex year
16673 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
16674 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
16675 following functions will also accept a real number for an
16676 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
16677 Note that this function will never return zero, since the year
16678 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
16680 @tindex month
16681 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
16682 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
16684 @tindex day
16685 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
16686 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
16688 @tindex hour
16689 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
16690 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
16691 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
16692 date form.  This function (and the following two) also accept
16693 HMS forms as input.
16695 @tindex minute
16696 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
16697 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
16699 @tindex second
16700 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
16701 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
16702 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
16703 precisions, the result may instead be a floating-point number.
16705 @tindex weekday
16706 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
16707 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
16708 to 6 (Saturday).
16710 @tindex yearday
16711 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
16712 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
16713 to 366 (December 31 of a leap year).
16715 @tindex time
16716 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
16717 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
16718 for a pure date form.
16720 @kindex t M
16721 @pindex calc-new-month
16722 @tindex newmonth
16723 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
16724 computes a new date form that represents the first day of the month
16725 specified by the input date.  The result is always a pure date
16726 form; only the year and month numbers of the input are retained.
16727 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
16728 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
16729 is greater than the actual number of days in the month, or if
16730 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
16732 @kindex t Y
16733 @pindex calc-new-year
16734 @tindex newyear
16735 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
16736 computes a new pure date form that represents the first day of
16737 the year specified by the input.  The month, day, and time
16738 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
16739 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
16740 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
16741 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
16742 year (December 31).  A negative prefix argument from @i{-1} to
16743 @i{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
16745 @kindex t W
16746 @pindex calc-new-week
16747 @tindex newweek
16748 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
16749 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
16750 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
16751 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
16752 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
16753 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
16755 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
16756 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
16757 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
16758 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
16759 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
16760 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
16761 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
16762 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
16763 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
16764 the time to midnight; hint:@: how can @code{newweek} be defined in terms
16765 of the @code{weekday} function?).
16767 @ignore
16768 @starindex
16769 @end ignore
16770 @tindex pwday
16771 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
16772 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
16773 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
16774 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
16775 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
16776 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
16777 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
16778 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
16779 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
16780 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
16781 for any day of the week instead of Sunday.
16783 @kindex t I
16784 @pindex calc-inc-month
16785 @tindex incmonth
16786 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
16787 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
16788 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
16789 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
16790 same, except that if the new month has fewer days the day
16791 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
16792 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
16793 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
16794 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
16795 in this case).
16797 @ignore
16798 @starindex
16799 @end ignore
16800 @tindex incyear
16801 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
16802 a date form by the specified number of years, which may be
16803 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
16804 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
16805 simple equivalents in terms of day arithmetic because
16806 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
16807 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
16808 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
16810 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
16811 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
16812 @code{incweek} simply use @cite{d + n} or @cite{d + 7 n}.
16814 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
16815 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
16817 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
16818 @subsection Business Days
16820 @noindent
16821 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
16822 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
16823 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
16824 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
16825 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
16826 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
16828 @kindex t +
16829 @kindex t -
16830 @tindex badd
16831 @tindex bsub
16832 @pindex calc-business-days-plus
16833 @pindex calc-business-days-minus
16834 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
16835 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
16836 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
16837 one argument must be a date form and the other must be a real
16838 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
16839 then a certain amount of time is added as well as a number of
16840 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
16841 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
16842 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
16843 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
16844 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
16845 case the result is the number of business days between the two
16846 dates.
16848 @cindex @code{Holidays} variable
16849 @vindex Holidays
16850 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
16851 Sunday to be a business day.  You can define any number of
16852 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
16853 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
16854 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
16855 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
16856 be any of the following kinds of objects:
16858 @itemize @bullet
16859 @item
16860 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
16861 particular days which are to be treated as holidays.
16863 @item
16864 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
16865 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
16867 @item
16868 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
16869 considered to be a holiday.
16871 @item
16872 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
16873 If the formula involves the variable @cite{y}, it stands for a
16874 yearly repeating holiday; @cite{y} will take on various year
16875 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
16876 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
16877 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
16878 If the formula involves the variable @cite{m}, that variable
16879 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
16880 a holiday that takes place on the 15th of every month.
16882 @item
16883 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
16884 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
16886 @item
16887 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
16888 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
16889 business-day arithmetic that goes outside this range will result
16890 in an error message.  Use this if you are including an explicit
16891 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
16892 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
16893 where the holidays you entered are complete.  If there is no
16894 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
16895 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
16896 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
16898 @item
16899 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
16900 are to be considered one business day.  For example, if this
16901 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
16902 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
16903 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
16904 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
16905 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
16906 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
16907 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
16908 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
16909 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
16910 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
16911 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
16912 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
16913 @end itemize
16915 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
16916 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
16917 then be no difference between business days and calendar days.
16919 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
16920 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
16921 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
16922 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
16923 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
16924 the number of holidays between two dates.)
16926 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
16927 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
16928 list between the smallest and largest years that have been involved
16929 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
16930 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
16931 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
16932 only a small range of years, Calc will still work out all the
16933 holidays that fall in that 200-year span.
16935 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
16936 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
16937 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
16938 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
16939 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
16940 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
16941 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
16942 difference between two dates one or both of which fall on holidays
16943 equals the number of actual business days between them.  These
16944 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
16945 business days to any date, the difference between the result and the
16946 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
16947 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
16948 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
16949 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
16951 @ignore
16952 @starindex
16953 @end ignore
16954 @tindex holiday
16955 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
16956 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
16957 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
16958 business day.
16960 @node Time Zones, , Business Days, Date Arithmetic
16961 @subsection Time Zones
16963 @noindent
16964 @cindex Time zones
16965 @cindex Daylight savings time
16966 Time zones and daylight savings time are a complicated business.
16967 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
16968 compute the correct time zone and daylight savings adjustment to use,
16969 provided they can figure out this information.  This section describes
16970 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
16971 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
16972 can't determine the right correction to use.
16974 Adjustments for time zones and daylight savings time are done by
16975 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
16976 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
16977 to exactly 30 days even though there is a daylight-savings
16978 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
16979 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
16980 and Unix date/times will adjust for daylight savings time:
16981 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
16982 evaluates to @samp{29.95834} (that's 29 days and 23 hours)
16983 because one hour was lost when daylight savings commenced on
16984 April 7, 1991.
16986 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
16987 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
16988 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
16989 days between two dates without taking daylight savings into account.
16991 @pindex calc-time-zone
16992 @ignore
16993 @starindex
16994 @end ignore
16995 @tindex tzone
16996 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
16997 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
16998 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
16999 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
17000 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
17001 Daylight Savings time is in effect, one hour should be subtracted from
17002 the normal difference.
17004 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
17005 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
17006 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
17007 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
17008 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
17009 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
17010 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
17011 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
17012 (for Pacific standard and daylight savings times, respectively).
17014 North American and European time zone names are defined as follows;
17015 note that for each time zone there is one name for standard time,
17016 another for daylight savings time, and a third for ``generalized'' time
17017 in which the daylight savings adjustment is computed from context.
17019 @smallexample
17020 @group
17021 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17022  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17024 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17025  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17027 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17028 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17029 @end group
17030 @end smallexample
17032 @vindex math-tzone-names
17033 To define time zone names that do not appear in the above table,
17034 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17035 is a list of lists describing the different time zone names; its
17036 structure is best explained by an example.  The three entries for
17037 Pacific Time look like this:
17039 @smallexample
17040 @group
17041 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17042   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight savings adjustment.
17043   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17044 @end group
17045 @end smallexample
17047 @cindex @code{TimeZone} variable
17048 @vindex TimeZone
17049 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} obtains an
17050 argument from the Calc variable @code{TimeZone} if a value has been
17051 stored for that variable.  If not, Calc runs the Unix @samp{date}
17052 command and looks for one of the above time zone names in the output;
17053 if this does not succeed, @samp{tzone()} leaves itself unevaluated.
17054 The time zone name in the @samp{date} output may be followed by a signed
17055 adjustment, e.g., @samp{GMT+5} or @samp{GMT+0500} which specifies a
17056 number of hours and minutes to be added to the base time zone.
17057 Calc stores the time zone it finds into @code{TimeZone} to speed
17058 later calls to @samp{tzone()}.
17060 The special time zone name @code{local} is equivalent to no argument,
17061 i.e., it uses the local time zone as obtained from the @code{date}
17062 command.
17064 If the time zone name found is one of the standard or daylight
17065 savings zone names from the above table, and Calc's internal
17066 daylight savings algorithm says that time and zone are consistent
17067 (e.g., @code{PDT} accompanies a date that Calc's algorithm would also
17068 consider to be daylight savings, or @code{PST} accompanies a date
17069 that Calc would consider to be standard time), then Calc substitutes
17070 the corresponding generalized time zone (like @code{PGT}).
17072 If your system does not have a suitable @samp{date} command, you
17073 may wish to put a @samp{(setq var-TimeZone ...)} in your Emacs
17074 initialization file to set the time zone.  The easiest way to do
17075 this is to edit the @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T}
17076 command, then use the @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable})
17077 command to save the value of @code{TimeZone} permanently.
17079 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17080 arguments do the same thing as @samp{tzone()}.  If the current
17081 time zone is a generalized time zone, e.g., @code{EGT}, Calc
17082 examines the date being converted to tell whether to use standard
17083 or daylight savings time.  But if the current time zone is explicit,
17084 e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is used exactly
17085 and Calc's daylight savings algorithm is not consulted.
17087 Some places don't follow the usual rules for daylight savings time.
17088 The state of Arizona, for example, does not observe daylight savings
17089 time.  If you run Calc during the winter season in Arizona, the
17090 Unix @code{date} command will report @code{MST} time zone, which
17091 Calc will change to @code{MGT}.  If you then convert a time that
17092 lies in the summer months, Calc will apply an incorrect daylight
17093 savings time adjustment.  To avoid this, set your @code{TimeZone}
17094 variable explicitly to @code{MST} to force the use of standard,
17095 non-daylight-savings time.
17097 @vindex math-daylight-savings-hook
17098 @findex math-std-daylight-savings
17099 By default Calc always considers daylight savings time to begin at
17100 2 a.m.@: on the first Sunday of April, and to end at 2 a.m.@: on the
17101 last Sunday of October.  This is the rule that has been in effect
17102 in North America since 1987.  If you are in a country that uses
17103 different rules for computing daylight savings time, you have two
17104 choices:  Write your own daylight savings hook, or control time
17105 zones explicitly by setting the @code{TimeZone} variable and/or
17106 always giving a time-zone argument for the conversion functions.
17108 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17109 name of a function that is used to compute the daylight savings
17110 adjustment for a given date.  The default is
17111 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17112 (either 0 or @i{-1}) using the North American rules given above.
17114 The daylight savings hook function is called with four arguments:
17115 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17116 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17117 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17118 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17119 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17120 converting into a generalized time zone (see below).
17122 @findex math-prev-weekday-in-month
17123 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17124 daylight savings computations.  This is an internal version of
17125 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17126 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17127 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17128 and the weekday number (0-6).
17130 The default daylight savings hook ignores the time zone name, but a
17131 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17132 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17133 depending on the year number, but the default hook always uses the
17134 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17135 daylight savings hook:
17137 @smallexample
17138 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17139   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17140         ((= (nth 1 dt) 4)
17141          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17142            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17143                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17144                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17145                  (t -1))))
17146         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17147         ((= (nth 1 dt) 10)
17148          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17149            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17150                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17151                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17152                  (t 0))))
17153         (t 0))
17155 @end smallexample
17157 @noindent
17158 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17159 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17160 It is @i{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17161 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17162 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17164 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17165 beginning of daylight savings time; converting a date/time form that
17166 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17167 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight savings time, the
17168 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17169 form that falls in in this hour results in a time value for the first
17170 manifestation of that time (@emph{not} the one that occurs one hour later).
17172 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17173 daylight savings adjustment is always taken to be zero.
17175 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17176 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17177 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17178 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17179 daylight savings computation is applied to it as it appears.
17180 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17181 daylight-savings version of @var{zone} before being given to
17182 the daylight savings hook.  This odd-sounding rule ensures
17183 that the daylight-savings computation is always done in
17184 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17185 is typically represented in.
17187 @ignore
17188 @starindex
17189 @end ignore
17190 @tindex dsadj
17191 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17192 daylight savings adjustment that is appropriate for @var{date} in
17193 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17194 daylight savings time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17195 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17196 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17197 the computation is done for the current time zone.
17199 @xref{Reporting Bugs}, for the address of Calc's author, if you
17200 should wish to contribute your improved versions of
17201 @code{math-tzone-names} and @code{math-daylight-savings-hook}
17202 to the Calc distribution.
17204 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17205 @section Financial Functions
17207 @noindent
17208 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17209 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17210 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17212 Note that the rate and the number of intervals given to these
17213 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17214 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17215 in months will give you very wrong answers!
17217 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17218 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17219 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17220 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17222 @menu
17223 * Percentages::
17224 * Future Value::
17225 * Present Value::
17226 * Related Financial Functions::
17227 * Depreciation Functions::
17228 * Definitions of Financial Functions::
17229 @end menu
17231 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17232 @subsection Percentages
17234 @kindex M-%
17235 @pindex calc-percent
17236 @tindex %
17237 @tindex percent
17238 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17239 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17240 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17241 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17243 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17244 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17245 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17246 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17247 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17248 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17249 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17250 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17252 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17253 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17254 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17255 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17256 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17257 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17259 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17260 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17261 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17262 represents a rate of 540 percent!
17264 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17265 For example, @kbd{68 @key{RET} 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17266 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17268 @kindex c %
17269 @pindex calc-convert-percent
17270 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17271 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17272 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17273 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17274 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17275 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17276 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17278 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17279 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 @key{RET} 68 / c %}} displays
17280 @samp{25%}.
17282 @kindex b %
17283 @pindex calc-percent-change
17284 @tindex relch
17285 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17286 calculates the percentage change from one number to another.
17287 For example, @kbd{40 @key{RET} 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17288 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17289 decrease:  @kbd{50 @key{RET} 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17290 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17291 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17292 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17293 of @kbd{40 @key{RET} 50 b %} is to compute @cite{(50-40)/40}, converting
17294 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17296 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17297 @subsection Future Value
17299 @noindent
17300 @kindex b F
17301 @pindex calc-fin-fv
17302 @tindex fv
17303 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17304 the future value of an investment.  It takes three arguments
17305 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17306 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17307 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17308 year, then this function tells you what your investment would be
17309 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17310 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17311 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17312 occur at the @emph{end} of each interval.
17314 @kindex I b F
17315 @tindex fvb
17316 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17317 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17318 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17319 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17320 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17321 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17322 Using the stack, this calculation would have been
17323 @kbd{5.4 M-% 5 @key{RET} 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17324 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17326 @kindex H b F
17327 @tindex fvl
17328 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17329 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17330 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17331 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17333 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17334 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17335 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17336 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17337 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.@refill
17339 To illustrate the relationships between these functions, we could
17340 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17341 final balance will be the sum of the contributions of our five
17342 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17343 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17344 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17345 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17346 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17347 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17348 by @code{fvb} directly.
17350 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17351 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17352 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17353 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17354 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17355 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @cite{5569.96 =
17356 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17358 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17359 @subsection Present Value
17361 @noindent
17362 @kindex b P
17363 @pindex calc-fin-pv
17364 @tindex pv
17365 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17366 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17367 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17368 It computes the present value of a series of regular payments.
17369 Suppose you have the chance to make an investment that will
17370 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17371 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17372 You want to know whether it is better to make the investment, or
17373 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17374 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17375 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17376 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17377 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17379 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17380 trying to compare the return from the investment you are
17381 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17382 the return from leaving the money in the bank, which is
17383 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17384 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17385 finds the break-even point, @cite{x = 6479.44}, at which
17386 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17387 the largest amount you should be willing to invest.
17389 @kindex I b P
17390 @tindex pvb
17391 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17392 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17393 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17394 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17395 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17396 earning interest on the return from our investment sooner.
17398 @kindex H b P
17399 @tindex pvl
17400 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17401 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17402 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17403 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17404 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17405 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17406 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17408 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17409 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17410 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17412 @kindex b N
17413 @pindex calc-fin-npv
17414 @tindex npv
17415 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17416 the net present value of a series of irregular investments.
17417 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17418 a vector which represents the expected return from the investment
17419 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17420 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17421 from the first year, second year, and so on.
17423 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17424 Obviously this function is more interesting when the payments are
17425 not all the same!
17427 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17428 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17429 vector statistical functions like @code{vsum}.
17430 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17431 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17432 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17433 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17434 payment values or vectors to take from the stack.@refill
17436 @kindex I b N
17437 @tindex npvb
17438 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17439 value where payments occur at the beginning of each interval
17440 rather than at the end.
17442 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17443 @subsection Related Financial Functions
17445 @noindent
17446 The functions in this section are basically inverses of the
17447 present value functions with respect to the various arguments.
17449 @kindex b M
17450 @pindex calc-fin-pmt
17451 @tindex pmt
17452 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17453 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17454 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17455 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17456 @var{payment}) = @var{amount}}.@refill
17458 @kindex I b M
17459 @tindex pmtb
17460 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17461 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17462 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17463 represents an initial lump-sum investment.
17465 @kindex H b M
17466 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17467 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17469 @kindex b #
17470 @pindex calc-fin-nper
17471 @tindex nper
17472 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17473 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17474 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17475 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17476 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17477 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17478 the @code{nper} function is left in symbolic form.@refill
17480 @kindex I b #
17481 @tindex nperb
17482 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17483 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17484 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17485 rather slow in the four-argument case.@refill
17487 @kindex H b #
17488 @tindex nperl
17489 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17490 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17491 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17492 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17493 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.@refill
17495 @kindex b T
17496 @pindex calc-fin-rate
17497 @tindex rate
17498 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17499 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17500 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17501 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17502 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.@refill
17504 @kindex I b T
17505 @kindex H b T
17506 @tindex rateb
17507 @tindex ratel
17508 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17509 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17510 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17511 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17512 To redo the above example from a different perspective,
17513 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17514 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.@refill
17516 @kindex b I
17517 @pindex calc-fin-irr
17518 @tindex irr
17519 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17520 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17521 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17522 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17523 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17525 @kindex I b I
17526 @tindex irrb
17527 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17528 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17530 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17531 @subsection Depreciation Functions
17533 @noindent
17534 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17535 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17536 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17537 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17538 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17539 (or other periods) of the expected useful life.
17541 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17542 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17544 @kindex b S
17545 @pindex calc-fin-sln
17546 @tindex sln
17547 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17548 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17549 by the same amount every year (or period).  For example,
17550 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17551 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17552 per year.
17554 @kindex b Y
17555 @pindex calc-fin-syd
17556 @tindex syd
17557 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17558 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17559 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17560 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17561 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17562 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17563 return zero.
17565 @kindex b D
17566 @pindex calc-fin-ddb
17567 @tindex ddb
17568 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17569 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17570 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17572 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17573 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17574 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17576 For example, pushing the vector @cite{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17577 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17578 ddb(12000,2000,5,$)] @key{RET}} produces a matrix that allows us to compare
17579 the three depreciation methods:
17581 @example
17582 @group
17583 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17584   [ 2000, 2667, 2880 ]
17585   [ 2000, 2000, 1728 ]
17586   [ 2000, 1333,  592 ]
17587   [ 2000,  667,   0  ] ]
17588 @end group
17589 @end example
17591 @noindent
17592 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
17593 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
17594 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
17595 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
17597 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @cite{[10000, 10000, 10000]};
17598 the total depreciation in any method is (by definition) the
17599 difference between the cost and the salvage value.
17601 @node Definitions of Financial Functions, , Depreciation Functions, Financial Functions
17602 @subsection Definitions
17604 @noindent
17605 For your reference, here are the actual formulas used to compute
17606 Calc's financial functions.
17608 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
17609 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
17610 be a variable.  Calc expands these functions according to the
17611 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
17612 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
17613 integrals or solving equations involving the functions.
17615 @ifinfo
17616 These formulas are shown using the conventions of ``Big'' display
17617 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
17618 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
17620 @example
17621                                         n
17622                               (1 + rate)  - 1
17623 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
17624                                    rate
17626                                          n
17627                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
17628 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
17629                                          rate
17631                                         n
17632 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17634                                             -n
17635                               1 - (1 + rate)
17636 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
17637                                     rate
17639                                              -n
17640                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17641 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
17642                                          rate
17644                                         -n
17645 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17647                                     -1               -2               -3
17648 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17650                                         -1               -2
17651 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17653                                              -n
17654                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17655 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
17656                                              -n
17657                                1 - (1 + rate)
17659                                              -n
17660                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17661 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
17662                                         -n
17663                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17665                                    amt * rate
17666 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
17667                                       pmt
17669                                     amt * rate
17670 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
17671                                   pmt * (1 + rate)
17673                               amt
17674 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
17675                               pmt
17677                            1/n
17678                         pmt
17679 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
17680                            1/n
17681                         amt
17683                         cost - salv
17684 sln(cost, salv, life) = -----------
17685                            life
17687                              (cost - salv) * (life - per + 1)
17688 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
17689                                   life * (life + 1) / 2
17691                              book * 2
17692 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
17693                                life
17694 @end example
17695 @end ifinfo
17696 @tex
17697 \turnoffactive
17698 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
17699 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
17700 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
17701 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
17702 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
17703 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
17704 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
17705 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
17706 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
17707 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
17708                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
17709 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
17710 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
17711 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
17712 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
17713 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
17714 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
17715 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
17716 @end tex
17718 @noindent
17719 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @cite{x=0} if omitted.
17721 These functions accept any numeric objects, including error forms,
17722 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
17723 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
17724 all sorts of inputs.
17726 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
17727 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
17728 returning a (financially meaningless) complex number.
17730 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
17731 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
17732 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
17733 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
17734 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
17735 directly; its formula is shown in the above list.
17737 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
17738 for @samp{rate}.
17740 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
17741 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
17742 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
17744 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
17745 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
17746 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
17748 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
17749 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
17750 formula for the specified number of periods.  If the book value
17751 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
17752 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
17753 function returns the amount the book value decreased in the specified
17754 period.
17756 The Calc financial function names were borrowed mostly from Microsoft
17757 Excel and Borland's Quattro.  The @code{ratel} function corresponds to
17758 @samp{@@CGR} in Borland's Reflex.  The @code{nper} and @code{nperl}
17759 functions correspond to @samp{@@TERM} and @samp{@@CTERM} in Quattro,
17760 respectively.  Beware that the Calc functions may take their arguments
17761 in a different order than the corresponding functions in your favorite
17762 spreadsheet.
17764 @node Binary Functions, , Financial Functions, Arithmetic
17765 @section Binary Number Functions
17767 @noindent
17768 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
17769 the @kbd{b} prefix.
17771 @cindex Binary numbers
17772 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
17773 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
17774 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
17775 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
17776 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
17778 @cindex Word size for binary operations
17779 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @cite{w}, an
17780 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
17781 of the binary operations described here operate modulo @cite{2^w}.  In
17782 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
17783 @cite{2^w} by all binary functions.@refill
17785 If the word size is negative, binary operations produce 2's complement
17786 integers from @c{$-2^{-w-1}$}
17787 @cite{-(2^(-w-1))} to @c{$2^{-w-1}-1$}
17788 @cite{2^(-w-1)-1} inclusive.  Either
17789 mode accepts inputs in any range; the sign of @cite{w} affects only
17790 the results produced.
17792 @kindex b c
17793 @pindex calc-clip
17794 @tindex clip
17795 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
17796 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
17797 @cite{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
17798 their results to the current word size.  Note that other operations like
17799 addition do not use the current word size, since integer addition
17800 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
17801 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
17802 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
17803 size of @i{-8} @kbd{b c} converts to the range @i{-128} to 127.@refill
17805 @kindex b w
17806 @pindex calc-word-size
17807 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
17808 rotates allow you to specify a different word size for that one
17809 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
17810 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
17811 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
17812 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
17813 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
17815 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
17816 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
17817 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
17818 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
17819 @i{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
17820 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
17821 integer-valued floats.
17823 If either or both arguments are modulo forms for which @cite{M} is a
17824 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
17825 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
17826 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
17828 @kindex b a
17829 @pindex calc-and
17830 @tindex and
17831 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
17832 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
17833 of the @cite{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
17834 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
17835 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
17837 @kindex b o
17838 @pindex calc-or
17839 @tindex or
17840 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
17841 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
17842 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
17844 @kindex b x
17845 @pindex calc-xor
17846 @tindex xor
17847 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
17848 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
17849 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
17851 @kindex b d
17852 @pindex calc-diff
17853 @tindex diff
17854 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
17855 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
17856 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
17858 @kindex b n
17859 @pindex calc-not
17860 @tindex not
17861 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
17862 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
17864 @kindex b l
17865 @pindex calc-lshift-binary
17866 @tindex lsh
17867 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
17868 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17869 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
17870 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
17871 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
17872 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
17874 @kindex H b l
17875 @kindex H b r
17876 @ignore
17877 @mindex @idots
17878 @end ignore
17879 @kindex H b L
17880 @ignore
17881 @mindex @null
17882 @end ignore
17883 @kindex H b R
17884 @ignore
17885 @mindex @null
17886 @end ignore
17887 @kindex H b t
17888 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
17889 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
17890 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
17891 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
17892 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
17894 @kindex b r
17895 @pindex calc-rshift-binary
17896 @tindex rsh
17897 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
17898 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17899 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
17901 @kindex b L
17902 @pindex calc-lshift-arith
17903 @tindex ash
17904 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
17905 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
17906 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
17907 is performed as described below.
17909 @kindex b R
17910 @pindex calc-rshift-arith
17911 @tindex rash
17912 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
17913 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
17914 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
17915 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
17916 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
17917 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
17918 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
17919 performs a standard left shift.
17921 @kindex b t
17922 @pindex calc-rotate-binary
17923 @tindex rot
17924 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
17925 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
17926 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
17927 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
17928 or right.
17930 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
17931 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
17932 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
17933 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
17934 bits in a binary integer.
17936 Another interesting use of the set representation of binary integers
17937 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
17938 unpack; type @kbd{31 @key{TAB} -} to replace each bit-number in the set
17939 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
17940 into a binary integer.
17942 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
17943 @chapter Scientific Functions
17945 @noindent
17946 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
17947 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
17948 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
17949 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
17951 @kindex P
17952 @pindex calc-pi
17953 @cindex @code{pi} variable
17954 @vindex pi
17955 @kindex H P
17956 @cindex @code{e} variable
17957 @vindex e
17958 @kindex I P
17959 @cindex @code{gamma} variable
17960 @vindex gamma
17961 @cindex Gamma constant, Euler's
17962 @cindex Euler's gamma constant
17963 @kindex H I P
17964 @cindex @code{phi} variable
17965 @cindex Phi, golden ratio
17966 @cindex Golden ratio
17967 One miscellaneous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
17968 the value of @c{$\pi$}
17969 @cite{pi} (at the current precision) onto the stack.  With the
17970 Hyperbolic flag, it pushes the value @cite{e}, the base of natural logarithms.
17971 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant @c{$\gamma$}
17972 @cite{gamma} (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
17973 pushes the ``golden ratio'' @c{$\phi$}
17974 @cite{phi} (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
17975 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
17976 In Symbolic mode, these commands push the
17977 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
17978 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.@refill
17980 @ignore
17981 @mindex Q
17982 @end ignore
17983 @ignore
17984 @mindex I Q
17985 @end ignore
17986 @kindex I Q
17987 @tindex sqr
17988 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
17989 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
17990 computes the square of the argument.
17992 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
17993 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
17994 interpret a prefix argument.
17996 @menu
17997 * Logarithmic Functions::
17998 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
17999 * Advanced Math Functions::
18000 * Branch Cuts::
18001 * Random Numbers::
18002 * Combinatorial Functions::
18003 * Probability Distribution Functions::
18004 @end menu
18006 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
18007 @section Logarithmic Functions
18009 @noindent
18010 @kindex L
18011 @pindex calc-ln
18012 @tindex ln
18013 @ignore
18014 @mindex @null
18015 @end ignore
18016 @kindex I E
18017 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
18018 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
18019 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
18020 this is redundant with the @kbd{E} command.
18022 @kindex E
18023 @pindex calc-exp
18024 @tindex exp
18025 @ignore
18026 @mindex @null
18027 @end ignore
18028 @kindex I L
18029 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
18030 exponential, i.e., @cite{e} raised to the power of the number on the stack.
18031 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
18032 the @code{calc-ln} command.
18034 @kindex H L
18035 @kindex H E
18036 @pindex calc-log10
18037 @tindex log10
18038 @tindex exp10
18039 @ignore
18040 @mindex @null
18041 @end ignore
18042 @kindex H I L
18043 @ignore
18044 @mindex @null
18045 @end ignore
18046 @kindex H I E
18047 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18048 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18049 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18050 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18051 by @c{$\ln10$}
18052 @cite{ln(10)}.
18054 @kindex B
18055 @kindex I B
18056 @pindex calc-log
18057 @tindex log
18058 @tindex alog
18059 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18060 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18061 @c{$2^{10} = 1024$}
18062 @cite{2^10 = 1024}.  In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18063 will be either @cite{1:2} or @cite{0.5} depending on the current Fraction
18064 Mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18065 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18067 @kindex f I
18068 @pindex calc-ilog
18069 @tindex ilog
18070 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18071 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18072 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18073 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @cite{x} in the
18074 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18075 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18076 @samp{floor(log(x,b))}.
18078 @kindex f E
18079 @pindex calc-expm1
18080 @tindex expm1
18081 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18082 @c{$e^x - 1$}
18083 @cite{exp(x)-1}, but using an algorithm that produces a more accurate
18084 answer when the result is close to zero, i.e., when @c{$e^x$}
18085 @cite{exp(x)} is close
18086 to one.
18088 @kindex f L
18089 @pindex calc-lnp1
18090 @tindex lnp1
18091 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18092 @c{$\ln(x+1)$}
18093 @cite{ln(x+1)}, producing a more accurate answer when @cite{x} is close
18094 to zero.
18096 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18097 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18099 @noindent
18100 @kindex S
18101 @pindex calc-sin
18102 @tindex sin
18103 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18104 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18105 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18106 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18107 on complex numbers.@refill
18109 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18110 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18111 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18112 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18113 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18115 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18116 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18117 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command recognizes many such
18118 formulas when the current angular mode is radians @emph{and} symbolic
18119 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18120 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18121 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18122 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18123 the form @cite{x} plus a multiple of @c{$\pi/2$}
18124 @cite{pi/2} are also simplified.
18125 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.@refill
18127 The @kbd{a s} command knows all angles which are integer multiples of
18128 @c{$\pi/12$}
18129 @cite{pi/12}, @c{$\pi/10$}
18130 @cite{pi/10}, or @c{$\pi/8$}
18131 @cite{pi/8} radians.  In degrees mode,
18132 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18133 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18135 @kindex I S
18136 @pindex calc-arcsin
18137 @tindex arcsin
18138 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18139 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18140 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18141 notation depending on the current angular mode.
18143 @kindex H S
18144 @pindex calc-sinh
18145 @tindex sinh
18146 @kindex H I S
18147 @pindex calc-arcsinh
18148 @tindex arcsinh
18149 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18150 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18151 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18152 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18154 @kindex C
18155 @pindex calc-cos
18156 @tindex cos
18157 @ignore
18158 @mindex @idots
18159 @end ignore
18160 @kindex I C
18161 @pindex calc-arccos
18162 @ignore
18163 @mindex @null
18164 @end ignore
18165 @tindex arccos
18166 @ignore
18167 @mindex @null
18168 @end ignore
18169 @kindex H C
18170 @pindex calc-cosh
18171 @ignore
18172 @mindex @null
18173 @end ignore
18174 @tindex cosh
18175 @ignore
18176 @mindex @null
18177 @end ignore
18178 @kindex H I C
18179 @pindex calc-arccosh
18180 @ignore
18181 @mindex @null
18182 @end ignore
18183 @tindex arccosh
18184 @ignore
18185 @mindex @null
18186 @end ignore
18187 @kindex T
18188 @pindex calc-tan
18189 @ignore
18190 @mindex @null
18191 @end ignore
18192 @tindex tan
18193 @ignore
18194 @mindex @null
18195 @end ignore
18196 @kindex I T
18197 @pindex calc-arctan
18198 @ignore
18199 @mindex @null
18200 @end ignore
18201 @tindex arctan
18202 @ignore
18203 @mindex @null
18204 @end ignore
18205 @kindex H T
18206 @pindex calc-tanh
18207 @ignore
18208 @mindex @null
18209 @end ignore
18210 @tindex tanh
18211 @ignore
18212 @mindex @null
18213 @end ignore
18214 @kindex H I T
18215 @pindex calc-arctanh
18216 @ignore
18217 @mindex @null
18218 @end ignore
18219 @tindex arctanh
18220 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18221 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18222 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18223 variants of these functions.
18225 @kindex f T
18226 @pindex calc-arctan2
18227 @tindex arctan2
18228 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18229 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18230 result is in the full range from @i{-180} (exclusive) to @i{+180}
18231 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18232 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18233 value would only be in the range from @i{-90} to @i{+90} degrees
18234 since the division loses information about the signs of the two
18235 components, and an error might result from an explicit division by zero
18236 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18237 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18239 @pindex calc-sincos
18240 @ignore
18241 @starindex
18242 @end ignore
18243 @tindex sincos
18244 @ignore
18245 @starindex
18246 @end ignore
18247 @ignore
18248 @mindex arc@idots
18249 @end ignore
18250 @tindex arcsincos
18251 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18252 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18253 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18254 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18255 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18256 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)@refill
18258 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18259 @section Advanced Mathematical Functions
18261 @noindent
18262 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18263 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18264 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18265 will work to arbitrarily large precisions.  They can not at present
18266 handle error forms or intervals as arguments.
18268 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18269 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18270 current precision comfortably higher than you actually need when
18271 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18272 slow for some values of the arguments.
18274 @kindex f g
18275 @pindex calc-gamma
18276 @tindex gamma
18277 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18278 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18279 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18280 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18281 integral:  @c{$\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt$}
18282 @cite{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.
18283 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18285 @kindex f G
18286 @tindex gammaP
18287 @ignore
18288 @mindex @idots
18289 @end ignore
18290 @kindex I f G
18291 @ignore
18292 @mindex @null
18293 @end ignore
18294 @kindex H f G
18295 @ignore
18296 @mindex @null
18297 @end ignore
18298 @kindex H I f G
18299 @pindex calc-inc-gamma
18300 @ignore
18301 @mindex @null
18302 @end ignore
18303 @tindex gammaQ
18304 @ignore
18305 @mindex @null
18306 @end ignore
18307 @tindex gammag
18308 @ignore
18309 @mindex @null
18310 @end ignore
18311 @tindex gammaG
18312 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18313 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18314 the integral, @c{$P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)$}
18315 @cite{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18316 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @cite{a} (see the
18317 definition of the normal gamma function).
18319 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18320 The complement of @cite{P(a,x)}, called @cite{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18321 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18322 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18323 @cite{x} to infinity.
18325 @ifinfo
18326 The functions corresponding to the integrals that define @cite{P(a,x)}
18327 and @cite{Q(a,x)} but without the normalizing @cite{1/gamma(a)}
18328 factor are called @cite{g(a,x)} and @cite{G(a,x)}, respectively
18329 (where @cite{g} and @cite{G} represent the lower- and upper-case Greek
18330 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18331 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18332 @end ifinfo
18333 @tex
18334 \turnoffactive
18335 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18336 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18337 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18338 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18339 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18340 @end tex
18342 @kindex f b
18343 @pindex calc-beta
18344 @tindex beta
18345 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18346 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18347 @c{$B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)$}
18348 @cite{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)}, or by
18349 @c{$B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt$}
18350 @cite{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18352 @kindex f B
18353 @kindex H f B
18354 @pindex calc-inc-beta
18355 @tindex betaI
18356 @tindex betaB
18357 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18358 the incomplete beta function @cite{I(x,a,b)}.  It is defined by
18359 @c{$I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)$}
18360 @cite{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18361 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18362 un-normalized version [@code{betaB}].
18364 @kindex f e
18365 @kindex I f e
18366 @pindex calc-erf
18367 @tindex erf
18368 @tindex erfc
18369 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18370 error function @c{$\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt$}
18371 @cite{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18372 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18373 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18374 @c{$\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1$}
18375 @cite{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18377 @kindex f j
18378 @kindex f y
18379 @pindex calc-bessel-J
18380 @pindex calc-bessel-Y
18381 @tindex besJ
18382 @tindex besY
18383 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18384 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18385 functions of the first and second kinds, respectively.
18386 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18387 @cite{n} is often an integer, but is not required to be one.
18388 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18389 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18390 Use with care!@refill
18392 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18393 @section Branch Cuts and Principal Values
18395 @noindent
18396 @cindex Branch cuts
18397 @cindex Principal values
18398 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18399 defined for complex numbers as well as for reals.
18400 This section describes the values
18401 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18402 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18403 second edition, in these matters.  This section will describe each
18404 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18405 diagrams), consult Steele's book.
18407 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18408 changed between the first and second editions of Steele.  Versions of
18409 Calc starting with 2.00 follow the second edition.
18411 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18412 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18413 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18414 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18415 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18416 or II and IV for @code{arctanh}.
18418 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18419 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18420 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18421 and wait a while to get suitable answers from them.
18423 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @cite{a<0} and @cite{b} is small but positive
18424 or zero, the result is close to the @cite{+i} axis.  For @cite{b} small and
18425 negative, the result is close to the @cite{-i} axis.  The result always lies
18426 in the right half of the complex plane.
18428 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18429 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18430 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18431 negative real axis.
18433 The following table describes these branch cuts in another way.
18434 If the real and imaginary parts of @cite{z} are as shown, then
18435 the real and imaginary parts of @cite{f(z)} will be as shown.
18436 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18437 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18439 @smallexample
18440      z           sqrt(z)       ln(z)
18441 ----------------------------------------
18442    +,   0         +,  0       any, 0
18443    -,   0         0,  +       any, pi
18444    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18445    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18446 @end smallexample
18448 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18449 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18450 not evaluate to @i{-2} as you might expect, but to the complex
18451 number @cite{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18452 of @i{-8} (as is @cite{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18453 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18455 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18456 The branch cuts are on the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18458 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18459 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18460 the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18462 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18463 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18464 imaginary axis, below @cite{-i} and above @cite{i}.
18466 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18467 The branch cuts are on the imaginary axis, below @cite{-i} and
18468 above @cite{i}.
18470 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18471 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18472 real axis less than 1.
18474 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18475 The branch cuts are on the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18477 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18478 @code{arctan} assume the current angular mode is radians.  The
18479 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18481 @smallexample
18482        z             arcsin(z)            arccos(z)
18483 -------------------------------------------------------
18484  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18485  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18486  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18487    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18488    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18489    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18490     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18491     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18492     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18493 @end smallexample
18495 @smallexample
18496        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18497 -----------------------------------------------------
18498  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18499  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18500  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18501    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18502    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18503    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18504     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18505     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18506     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18507 @end smallexample
18509 @smallexample
18510        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18511 -----------------------------------------------------
18512    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18513    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18514  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18515  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18516    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18517  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18518  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18519 @end smallexample
18521 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18522 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18523 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18525 @smallexample
18526 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18527 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18528 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18529 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18530 @end smallexample
18532 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18533 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18534 are not rigorously specified at present.
18536 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18537 @section Random Numbers
18539 @noindent
18540 @kindex k r
18541 @pindex calc-random
18542 @tindex random
18543 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18544 random numbers of various sorts.
18546 Given a positive numeric prefix argument @cite{M}, it produces a random
18547 integer @cite{N} in the range @c{$0 \le N < M$}
18548 @cite{0 <= N < M}.  Each of the @cite{M}
18549 values appears with equal probability.@refill
18551 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18552 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @cite{M}
18553 the result is a random integer less than @cite{M}.  However, note that
18554 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @cite{M}
18555 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @cite{M} is negative,
18556 the result is a random integer in the range @c{$M < N \le 0$}
18557 @cite{M < N <= 0}.
18559 If the value on the stack is a floating-point number @cite{M}, the result
18560 is a random floating-point number @cite{N} in the range @c{$0 \le N < M$}
18561 @cite{0 <= N < M}
18562 or @c{$M < N \le 0$}
18563 @cite{M < N <= 0}, according to the sign of @cite{M}.
18565 If @cite{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
18566 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
18567 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
18568 every other call to this function will be especially fast.
18570 If @cite{M} is an error form @c{$m$ @code{+/-} $\sigma$}
18571 @samp{m +/- s} where @var{m}
18572 and @c{$\sigma$}
18573 @var{s} are both real numbers, the result uses a Gaussian
18574 distribution with mean @var{m} and standard deviation @c{$\sigma$}
18575 @var{s}.
18577 If @cite{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
18578 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
18579 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
18580 is floating-point, the result is a random real number in the specified
18581 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
18582 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
18583 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
18584 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
18585 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
18586 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
18587 extremely small.)
18589 If @cite{M} is a vector, the result is one element taken at random from
18590 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
18592 @vindex RandSeed
18593 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
18594 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
18595 the current time and other information.  You can get a reproducible
18596 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
18597 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
18598 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
18599 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
18600 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
18601 from the current time.  If you store the same integer that you used
18602 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
18603 of random numbers as before.
18605 @pindex calc-rrandom
18606 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
18607 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
18609 @kindex k a
18610 @pindex calc-random-again
18611 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
18612 number, re-using the most recent value of @cite{M}.  With a numeric
18613 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
18614 that value of @cite{M}.
18616 @kindex k h
18617 @pindex calc-shuffle
18618 @tindex shuffle
18619 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
18620 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
18621 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
18622 of the @cite{M} formats described above.  The numeric prefix argument
18623 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
18624 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
18625 stack, and @cite{M} from second-to-top.)
18627 If @cite{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
18628 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
18629 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
18630 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
18631 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
18632 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
18633 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
18634 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
18635 If @cite{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
18636 than once, but if several elements of @cite{M} are equal, they may
18637 each make it into the result vector.)
18639 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
18640 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
18641 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
18642 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
18643 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
18644 by @cite{M}.  Naturally, this is allowed only when @cite{M} specifies
18645 a small discrete set of possibilities.
18647 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
18648 given @cite{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
18649 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @cite{M}, then use
18650 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
18651 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
18653 @menu
18654 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
18655 @end menu
18657 @node Random Number Generator, , Random Numbers, Random Numbers
18658 @subsection Random Number Generator
18660 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
18661 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
18662 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
18663 of the theory of random number generators and their measurement and
18664 characterization.
18666 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs' built-in
18667 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
18668 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
18669 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
18671 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
18672 the low-level random sequence using the time of day, so that the
18673 random number sequence will be different every time you use Calc.
18675 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
18676 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
18677 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
18678 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
18679 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
18680 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
18681 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
18682 generators that are typically used to implement @code{random}.
18684 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
18685 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
18686 computing @c{$X_{n-55} - X_{n-24}$}
18687 @cite{X_n-55 - X_n-24}).  This method expands the seed
18688 value into a large table which is maintained internally; the variable
18689 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @cite{[42]}
18690 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
18691 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
18692 continue to use the same internal table as last time.  There is no
18693 way to extract the complete state of the random number generator
18694 so that you can restart it from any point; you can only restart it
18695 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
18696 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
18697 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
18698 to reseed the generator with that number.
18700 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
18701 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
18702 to generate a new random number, it uses the previous number to
18703 index into the table, picks the value it finds there as the new
18704 random number, then replaces that table entry with a new value
18705 obtained from a call to the base random number generator (either
18706 the additive congruential generator or the @code{random} function
18707 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
18708 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
18709 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
18710 damage its randomness.
18712 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
18713 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
18714 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
18715 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
18716 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
18717 value.
18719 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
18720 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
18721 @c{$10^{-p}$}
18722 @cite{10^-p}.  The resulting random numbers should be very clean, but note
18723 that relatively small numbers will have few significant random digits.
18724 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
18725 numbers on the order of @c{$10^{-9}$}
18726 @cite{10^-9} or @c{$10^{-10}$}
18727 @cite{10^-10}, but those numbers
18728 will only have two or three random digits since they correspond to small
18729 integers times @c{$10^{-12}$}
18730 @cite{10^-12}.
18732 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
18733 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
18734 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
18735 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
18736 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
18737 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
18738 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
18739 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
18740 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
18741 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
18743 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
18744 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C.  This method
18745 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
18746 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
18748 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
18749 @section Combinatorial Functions
18751 @noindent
18752 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
18753 @kbd{k} key prefix.
18755 @kindex k g
18756 @pindex calc-gcd
18757 @tindex gcd
18758 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
18759 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
18760 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
18761 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
18762 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
18763 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
18764 the operation is left in symbolic form.@refill
18766 @kindex k l
18767 @pindex calc-lcm
18768 @tindex lcm
18769 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
18770 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
18771 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
18772 numbers.@refill
18774 @kindex k E
18775 @pindex calc-extended-gcd
18776 @tindex egcd
18777 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
18778 the GCD of two integers @cite{x} and @cite{y} and returns a vector
18779 @cite{[g, a, b]} where @c{$g = \gcd(x,y) = a x + b y$}
18780 @cite{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
18782 @kindex !
18783 @pindex calc-factorial
18784 @tindex fact
18785 @ignore
18786 @mindex @null
18787 @end ignore
18788 @tindex !
18789 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
18790 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
18791 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
18792 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
18793 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
18794 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
18795 large factorials can be slow; using floating-point format will help
18796 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
18797 the commands in this section.@refill
18799 @kindex k d
18800 @pindex calc-double-factorial
18801 @tindex dfact
18802 @ignore
18803 @mindex @null
18804 @end ignore
18805 @tindex !!
18806 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
18807 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
18808 this is the product of even integers from 2 to @cite{N}.  For an odd
18809 integer, this is the product of odd integers from 3 to @cite{N}.  If
18810 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
18811 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
18812 The notation @cite{N!!} is also recognized for double factorials.@refill
18814 @kindex k c
18815 @pindex calc-choose
18816 @tindex choose
18817 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
18818 binomial coefficient @cite{N}-choose-@cite{M}, where @cite{M} is the number
18819 on the top of the stack and @cite{N} is second-to-top.  If both arguments
18820 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
18821 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
18822 real numbers by @c{$N! \over M! (N-M)!\,$}
18823 @cite{N! / M! (N-M)!}.
18825 @kindex H k c
18826 @pindex calc-perm
18827 @tindex perm
18828 @ifinfo
18829 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
18830 number-of-permutations function @cite{N! / (N-M)!}.
18831 @end ifinfo
18832 @tex
18833 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
18834 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
18835 @end tex
18837 @kindex k b
18838 @kindex H k b
18839 @pindex calc-bernoulli-number
18840 @tindex bern
18841 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
18842 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
18843 is a nonnegative integer @cite{n} that specifies which Bernoulli number
18844 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
18845 taking @cite{n} from the second-to-top position and @cite{x} from the
18846 top of the stack.  If @cite{x} is a variable or formula the result is
18847 a polynomial in @cite{x}; if @cite{x} is a number the result is a number.
18849 @kindex k e
18850 @kindex H k e
18851 @pindex calc-euler-number
18852 @tindex euler
18853 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
18854 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
18855 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
18856 functions.
18858 @kindex k s
18859 @kindex H k s
18860 @pindex calc-stirling-number
18861 @tindex stir1
18862 @tindex stir2
18863 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
18864 computes a Stirling number of the first kind@c{ $n \brack m$}
18865 @asis{}, given two integers
18866 @cite{n} and @cite{m} on the stack.  The @kbd{H k s} [@code{stir2}]
18867 command computes a Stirling number of the second kind@c{ $n \brace m$}
18868 @asis{}.  These are
18869 the number of @cite{m}-cycle permutations of @cite{n} objects, and
18870 the number of ways to partition @cite{n} objects into @cite{m}
18871 non-empty sets, respectively.
18873 @kindex k p
18874 @pindex calc-prime-test
18875 @cindex Primes
18876 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
18877 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
18878 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
18879 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
18880 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
18881 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
18882 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
18883 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
18884 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
18885 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
18886 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
18887 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
18888 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
18890 @ignore
18891 @starindex
18892 @end ignore
18893 @tindex prime
18894 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
18895 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
18896 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
18897 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
18898 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @cite{n}
18899 is (probably) prime and 0 if not.
18901 @kindex k f
18902 @pindex calc-prime-factors
18903 @tindex prfac
18904 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
18905 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
18906 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
18907 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
18908 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
18909 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
18910 million (with a warning message).  For negative integers, the first
18911 element of the list will be @i{-1}.  For inputs @i{-1}, @i{0}, and
18912 @i{1}, the result is a list of the same number.
18914 @kindex k n
18915 @pindex calc-next-prime
18916 @ignore
18917 @mindex nextpr@idots
18918 @end ignore
18919 @tindex nextprime
18920 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
18921 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
18922 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
18923 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
18924 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
18925 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
18926 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
18927 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
18928 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
18929 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
18930 prime.
18932 @kindex I k n
18933 @pindex calc-prev-prime
18934 @ignore
18935 @mindex prevpr@idots
18936 @end ignore
18937 @tindex prevprime
18938 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
18939 analogously finds the next prime less than a given number.
18941 @kindex k t
18942 @pindex calc-totient
18943 @tindex totient
18944 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
18945 Euler ``totient'' function@c{ $\phi(n)$}
18946 @asis{}, the number of integers less than @cite{n} which
18947 are relatively prime to @cite{n}.
18949 @kindex k m
18950 @pindex calc-moebius
18951 @tindex moebius
18952 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
18953 @c{M\"obius $\mu$}
18954 @asis{Moebius ``mu''} function.  If the input number is a product of @cite{k}
18955 distinct factors, this is @cite{(-1)^k}.  If the input number has any
18956 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
18957 the result is zero.
18959 @node Probability Distribution Functions, , Combinatorial Functions, Scientific Functions
18960 @section Probability Distribution Functions
18962 @noindent
18963 The functions in this section compute various probability distributions.
18964 For continuous distributions, this is the integral of the probability
18965 density function from @cite{x} to infinity.  (These are the ``upper
18966 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
18967 tail'' functions which integrate from minus infinity to @cite{x}.)
18968 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
18969 from @cite{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
18970 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@cite{x}.
18972 To integrate from @cite{x} to @cite{y}, just use the distribution
18973 function twice and subtract.  For example, the probability that a
18974 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
18975 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
18976 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
18977 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
18979 @kindex k B
18980 @kindex I k B
18981 @pindex calc-utpb
18982 @tindex utpb
18983 @tindex ltpb
18984 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
18985 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
18986 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
18987 probability that an event will occur @var{x} or more times out
18988 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
18989 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
18990 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
18992 The other probability distribution functions similarly take the
18993 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
18994 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
18995 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
18996 the random variable first, then whatever other parameters define the
18997 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
18998 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
18999 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
19000 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
19001 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
19002 recover the original arguments but substitute a new value for @cite{x}.)
19004 @kindex k C
19005 @pindex calc-utpc
19006 @tindex utpc
19007 @ignore
19008 @mindex @idots
19009 @end ignore
19010 @kindex I k C
19011 @ignore
19012 @mindex @null
19013 @end ignore
19014 @tindex ltpc
19015 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
19016 @c{$\nu$}
19017 @cite{v} degrees of freedom.  It is the probability that a model is
19018 correct if its chi-square statistic is @cite{x}.
19020 @kindex k F
19021 @pindex calc-utpf
19022 @tindex utpf
19023 @ignore
19024 @mindex @idots
19025 @end ignore
19026 @kindex I k F
19027 @ignore
19028 @mindex @null
19029 @end ignore
19030 @tindex ltpf
19031 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
19032 various statistical tests.  The parameters @c{$\nu_1$}
19033 @cite{v1} and @c{$\nu_2$}
19034 @cite{v2}
19035 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
19036 respectively, used in computing the statistic @cite{F}.
19038 @kindex k N
19039 @pindex calc-utpn
19040 @tindex utpn
19041 @ignore
19042 @mindex @idots
19043 @end ignore
19044 @kindex I k N
19045 @ignore
19046 @mindex @null
19047 @end ignore
19048 @tindex ltpn
19049 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
19050 with mean @cite{m} and standard deviation @c{$\sigma$}
19051 @cite{s}.  It is the
19052 probability that such a normal-distributed random variable would
19053 exceed @cite{x}.
19055 @kindex k P
19056 @pindex calc-utpp
19057 @tindex utpp
19058 @ignore
19059 @mindex @idots
19060 @end ignore
19061 @kindex I k P
19062 @ignore
19063 @mindex @null
19064 @end ignore
19065 @tindex ltpp
19066 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
19067 mean @cite{x}.  It is the probability that @cite{n} or more such
19068 Poisson random events will occur.
19070 @kindex k T
19071 @pindex calc-ltpt
19072 @tindex utpt
19073 @ignore
19074 @mindex @idots
19075 @end ignore
19076 @kindex I k T
19077 @ignore
19078 @mindex @null
19079 @end ignore
19080 @tindex ltpt
19081 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
19082 with @c{$\nu$}
19083 @cite{v} degrees of freedom.  It is the probability that a
19084 t-distributed random variable will be greater than @cite{t}.
19085 (Note:  This computes the distribution function @c{$A(t|\nu)$}
19086 @cite{A(t|v)}
19087 where @c{$A(0|\nu) = 1$}
19088 @cite{A(0|v) = 1} and @c{$A(\infty|\nu) \to 0$}
19089 @cite{A(inf|v) -> 0}.  The
19090 @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition
19091 which returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
19093 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
19094 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
19095 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
19096 to be able to find a solution given any initial guess.
19097 @xref{Numerical Solutions}.
19099 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
19100 @chapter Vector/Matrix Functions
19102 @noindent
19103 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
19104 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
19105 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
19106 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
19107 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
19109 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
19110 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
19111 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
19112 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
19113 vector of matrices, and so on.)
19115 @menu
19116 * Packing and Unpacking::
19117 * Building Vectors::
19118 * Extracting Elements::
19119 * Manipulating Vectors::
19120 * Vector and Matrix Arithmetic::
19121 * Set Operations::
19122 * Statistical Operations::
19123 * Reducing and Mapping::
19124 * Vector and Matrix Formats::
19125 @end menu
19127 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19128 @section Packing and Unpacking
19130 @noindent
19131 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19132 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19133 described in this chapter because they are most often used to build
19134 vectors.
19136 @kindex v p
19137 @pindex calc-pack
19138 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19139 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19140 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19141 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19142 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19143 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19144 five stack elements and push back a single vector of those five
19145 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19147 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19148 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19149 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19150 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19152 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19154 @table @cite
19155 @item -1
19156 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19157 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19158 @cite{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19159 number.  The two input values must both be real numbers,
19160 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19161 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19162 other packing modes also create a symbolic answer if the
19163 components are not suitable.)
19165 @item -2
19166 Two values are collected to build a polar complex number.
19167 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19168 in either degrees or radians according to the current angular
19169 mode.
19171 @item -3
19172 Three values are collected into an HMS form.  The first
19173 two values (hours and minutes) must be integers or
19174 integer-valued floats.  The third value may be any real
19175 number.
19177 @item -4
19178 Two values are collected into an error form.  The inputs
19179 may be real numbers or formulas.
19181 @item -5
19182 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19183 must be real numbers.
19185 @item -6
19186 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19187 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19189 @item -7
19190 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19192 @item -8
19193 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19195 @item -9
19196 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19198 @item -10
19199 Two integer values are collected into a fraction.
19201 @item -11
19202 Two values are collected into a floating-point number.
19203 The first is the mantissa; the second, which must be an
19204 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19205 times ten to the power of the exponent.
19207 @item -12
19208 This is treated the same as @i{-11} by the @kbd{v p} command.
19209 When unpacking, @i{-12} specifies that a floating-point mantissa
19210 is desired.
19212 @item -13
19213 A real number is converted into a date form.
19215 @item -14
19216 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19218 @item -15
19219 Six numbers are packed into a date/time form.
19220 @end table
19222 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19223 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19224 length, the result is another vector made by packing corresponding
19225 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19226 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19227 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19228 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19229 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19230 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19231 numbers modulo @var{M}.
19233 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19234 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19235 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19236 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19237 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19239 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19240 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19241 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19242 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19243 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19245 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19246 packing are done at that level as described above.  For
19247 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19248 @c{$2\times3$}
19249 @asis{2x3} matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19250 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19251 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19253 @ignore
19254 @starindex
19255 @end ignore
19256 @tindex pack
19257 There is an equivalent algebraic function,
19258 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19259 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19260 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19261 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19262 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19263 left in symbolic form if the packing mode is illegal, or if the
19264 number of data items does not match the number of items required
19265 by the mode.
19267 @kindex v u
19268 @pindex calc-unpack
19269 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19270 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19271 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19272 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19273 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19274 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19276 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19277 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19278 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19279 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19280 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19281 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19282 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19284 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19285 not a vector.  For example, if the input is the number @i{-5}, then
19286 @kbd{c-u -1 v u} yields @i{-5} and 0 (the components of @i{-5}
19287 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19288 and 180 (assuming degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @i{-5}
19289 and 1 (the numerator and denominator of @i{-5}, viewed as a rational
19290 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19291 is not a composite object.
19293 Unpacking mode @i{-11} converts a float into an integer mantissa and
19294 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19295 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19296 Unpacking mode @i{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19297 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19298 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19299 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19300 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19302 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19303 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19304 except that in addition to the components of the input object,
19305 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19306 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19307 original object.
19309 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19310 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19311 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19312 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19314 @ignore
19315 @starindex
19316 @end ignore
19317 @tindex unpack
19318 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19319 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19320 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19321 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19322 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19323 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19325 @ignore
19326 @starindex
19327 @end ignore
19328 @tindex unpackt
19329 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19330 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19331 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19332 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19333 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19334 The identity for re-building the original object is
19335 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19336 @code{apply} function builds a function call given the function
19337 name and a vector of arguments.)
19339 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19340 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19341 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19342 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19344 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19345 @section Building Vectors
19347 @noindent
19348 Vectors and matrices can be added,
19349 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.@refill
19351 @kindex |
19352 @pindex calc-concat
19353 @ignore
19354 @mindex @null
19355 @end ignore
19356 @tindex |
19357 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) command ``concatenates'' two vectors
19358 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19359 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19360 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19361 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19362 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19364 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19365 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19366 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19367 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19368 one-row matrix.
19370 @kindex H |
19371 @tindex append
19372 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19373 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19374 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19375 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19376 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19378 @kindex I |
19379 @kindex H I |
19380 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19381 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19382 to @kbd{@key{TAB} |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19384 @kindex v d
19385 @pindex calc-diag
19386 @tindex diag
19387 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19388 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19389 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19390 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19391 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19392 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19393 the prefix argument is required.
19395 To build a constant square matrix, e.g., a @c{$3\times3$}
19396 @asis{3x3} matrix filled with ones,
19397 use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero matrix first and then add a
19398 constant value to that matrix.  (Another alternative would be to use
19399 @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19401 @kindex v i
19402 @pindex calc-ident
19403 @tindex idn
19404 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19405 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19406 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19407 this command prompts for one.
19409 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19410 except that @cite{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19411 If @cite{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @cite{a} times an
19412 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19413 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19414 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19415 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19416 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19417 Note that in dimensioned matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19418 identity matrices are immediately expanded to the current default
19419 dimensions.
19421 @kindex v x
19422 @pindex calc-index
19423 @tindex index
19424 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19425 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19426 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19427 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19428 is a vector of negative integers from @var{n} to @i{-1}.
19430 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19431 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19432 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19433 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19434 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19435 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19436 of numbers or formulas.
19438 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19439 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19440 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19441 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19442 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19443 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19445 @kindex v b
19446 @pindex calc-build-vector
19447 @tindex cvec
19448 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19449 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19450 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19451 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19452 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19453 to build a matrix of copies of that row.)
19455 @kindex v h
19456 @kindex I v h
19457 @pindex calc-head
19458 @pindex calc-tail
19459 @tindex head
19460 @tindex tail
19461 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19462 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19463 function returns the vector with its first element removed.  In both
19464 cases, the argument must be a non-empty vector.
19466 @kindex v k
19467 @pindex calc-cons
19468 @tindex cons
19469 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19470 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19471 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19472 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19473 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19475 @kindex H v h
19476 @tindex rhead
19477 @ignore
19478 @mindex @idots
19479 @end ignore
19480 @kindex H I v h
19481 @ignore
19482 @mindex @null
19483 @end ignore
19484 @kindex H v k
19485 @ignore
19486 @mindex @null
19487 @end ignore
19488 @tindex rtail
19489 @ignore
19490 @mindex @null
19491 @end ignore
19492 @tindex rcons
19493 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19494 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19495 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19496 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19497 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19498 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19499 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19501 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19502 @section Extracting Vector Elements
19504 @noindent
19505 @kindex v r
19506 @pindex calc-mrow
19507 @tindex mrow
19508 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19509 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19510 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19511 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19512 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19513 form of a vector or scalar, respectively.
19515 @cindex Permutations, applying
19516 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19517 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19518 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19519 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19520 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19521 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19523 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19524 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19525 submatrix is returned.
19527 @cindex Subscript notation
19528 @kindex a _
19529 @pindex calc-subscript
19530 @tindex subscr
19531 @tindex _
19532 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19533 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19534 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @cite{x}, @cite{y}, or @cite{z} if
19535 @cite{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
19536 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
19537 access the element at row @cite{i}, column @cite{j} of a matrix.
19538 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
19539 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
19540 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
19541 purely as an algebraic notation.)
19543 @tindex mrrow
19544 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
19545 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
19546 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
19547 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
19548 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
19550 @tindex getdiag
19551 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
19552 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
19553 function is called @code{getdiag}.
19555 @kindex v c
19556 @pindex calc-mcol
19557 @tindex mcol
19558 @tindex mrcol
19559 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
19560 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
19561 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
19562 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
19563 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
19564 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).@refill
19566 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
19567 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
19568 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
19569 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @cite{i}, column @cite{j}
19570 of matrix @cite{m}.
19572 @kindex v s
19573 @pindex calc-subvector
19574 @tindex subvec
19575 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
19576 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
19577 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
19578 position.  The starting index indicates the first element of the vector
19579 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
19580 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
19581 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
19582 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
19584 If either the start or the end index is zero or negative, it is
19585 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
19586 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
19587 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
19588 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
19589 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
19590 has this effect when used as the ending index.
19592 @kindex I v s
19593 @tindex rsubvec
19594 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
19595 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
19596 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
19597 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
19598 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
19600 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
19601 vectors one element at a time.
19603 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
19604 @section Manipulating Vectors
19606 @noindent
19607 @kindex v l
19608 @pindex calc-vlength
19609 @tindex vlen
19610 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
19611 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
19612 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
19613 command.@refill
19615 @kindex H v l
19616 @tindex mdims
19617 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
19618 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
19619 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
19620 its argument is a @c{$2\times3$}
19621 @asis{2x3} matrix.
19623 @kindex v f
19624 @pindex calc-vector-find
19625 @tindex find
19626 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
19627 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
19628 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
19629 If a match is found, the result is the index of the matching element.
19630 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
19631 allows you to select any starting index for the search.
19633 @kindex v a
19634 @pindex calc-arrange-vector
19635 @tindex arrange
19636 @cindex Arranging a matrix
19637 @cindex Reshaping a matrix
19638 @cindex Flattening a matrix
19639 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
19640 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
19641 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
19642 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
19643 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
19644 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
19645 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
19646 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
19647 in the vector, the last row will be short and the result will not be
19648 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
19649 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
19650 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a @c{$1\times4$}
19651 @asis{1x4} matrix), @kbd{v a 1} produces
19652 @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a @c{$4\times1$}
19653 @asis{4x1} matrix), @kbd{v a 2} produces
19654 @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original @c{$2\times2$}
19655 @asis{2x2} matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces
19656 @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a matrix), and @kbd{v a 0} produces
19657 the flattened list @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
19659 @cindex Sorting data
19660 @kindex V S
19661 @kindex I V S
19662 @pindex calc-sort
19663 @tindex sort
19664 @tindex rsort
19665 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
19666 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
19667 constant interval forms come first in this ordering; next come other
19668 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
19669 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
19670 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
19671 one vector is less or greater than another if the first corresponding
19672 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
19673 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
19674 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
19675 alphabetical order by this command.
19677 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
19679 @cindex Permutation, inverse of
19680 @cindex Inverse of permutation
19681 @cindex Index tables
19682 @cindex Rank tables
19683 @kindex V G
19684 @kindex I V G
19685 @pindex calc-grade
19686 @tindex grade
19687 @tindex rgrade
19688 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
19689 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
19690 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
19691 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
19692 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
19693 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
19694 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
19695 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
19696 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
19697 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
19698 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
19699 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
19700 table, just use @kbd{V G V G}.
19702 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
19703 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
19704 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
19705 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
19706 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
19707 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
19708 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
19709 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
19710 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
19711 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
19712 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
19714 @cindex Histograms
19715 @kindex V H
19716 @pindex calc-histogram
19717 @ignore
19718 @mindex histo@idots
19719 @end ignore
19720 @tindex histogram
19721 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
19722 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
19723 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
19724 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
19725 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
19726 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
19727 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
19728 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
19729 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
19730 input vector.)
19732 @kindex H V H
19733 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
19734 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
19735 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
19736 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
19737 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
19738 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
19740 @kindex v t
19741 @pindex calc-transpose
19742 @tindex trn
19743 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
19744 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
19745 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
19746 a one-column matrix.
19748 @kindex v v
19749 @pindex calc-reverse-vector
19750 @tindex rev
19751 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{vec}] command reverses
19752 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
19753 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
19754 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
19755 a matrix.)
19757 @kindex v m
19758 @pindex calc-mask-vector
19759 @tindex vmask
19760 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
19761 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
19762 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
19763 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
19764 the same as the target vector, but with all elements which correspond
19765 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
19766 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
19767 @xref{Logical Operations}.
19769 @kindex v e
19770 @pindex calc-expand-vector
19771 @tindex vexp
19772 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
19773 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
19774 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
19775 by successive elements from the target vector.  The length of the target
19776 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
19777 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
19778 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
19779 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
19780 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
19782 @kindex H v e
19783 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
19784 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
19785 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
19786 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
19787 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
19788 then successive values are taken from it, so that the effect is to
19789 interleave two vectors according to the mask:
19790 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
19791 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
19793 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
19794 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
19795 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
19796 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
19797 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
19798 masking using vectors.
19800 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
19801 @section Vector and Matrix Arithmetic
19803 @noindent
19804 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
19805 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
19806 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
19807 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
19808 @xref{Basic Arithmetic}.
19810 The following functions are applied element-wise if their arguments are
19811 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
19812 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
19813 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.@refill
19815 @kindex V J
19816 @pindex calc-conj-transpose
19817 @tindex ctrn
19818 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
19819 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
19821 @ignore
19822 @mindex A
19823 @end ignore
19824 @kindex A (vectors)
19825 @pindex calc-abs (vectors)
19826 @ignore
19827 @mindex abs
19828 @end ignore
19829 @tindex abs (vectors)
19830 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
19831 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
19832 root of the sum of the squares of the absolute values of the
19833 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
19834 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
19835 from that point to the origin.@refill
19837 @kindex v n
19838 @pindex calc-rnorm
19839 @tindex rnorm
19840 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes
19841 the row norm, or infinity-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19842 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.
19843 For a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums,
19844 i.e., of the sums of the absolute values of the elements along the
19845 various rows.
19847 @kindex V N
19848 @pindex calc-cnorm
19849 @tindex cnorm
19850 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
19851 the column norm, or one-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19852 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
19853 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
19854 General @cite{k}-norms for @cite{k} other than one or infinity are
19855 not provided.
19857 @kindex V C
19858 @pindex calc-cross
19859 @tindex cross
19860 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
19861 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
19862 exactly three elements.
19864 @ignore
19865 @mindex &
19866 @end ignore
19867 @kindex & (matrices)
19868 @pindex calc-inv (matrices)
19869 @ignore
19870 @mindex inv
19871 @end ignore
19872 @tindex inv (matrices)
19873 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
19874 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
19875 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
19876 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
19877 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
19878 quickly in the future.
19880 If the argument to @kbd{&} is a plain number @cite{x}, this
19881 command simply computes @cite{1/x}.  This is okay, because the
19882 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
19883 by a matrix.
19885 @kindex V D
19886 @pindex calc-mdet
19887 @tindex det
19888 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
19889 determinant of a square matrix.
19891 @kindex V L
19892 @pindex calc-mlud
19893 @tindex lud
19894 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
19895 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
19896 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
19897 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
19898 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
19899 and the third is upper-triangular.
19901 @kindex V T
19902 @pindex calc-mtrace
19903 @tindex tr
19904 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
19905 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
19906 elements of the matrix.
19908 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
19909 @section Set Operations using Vectors
19911 @noindent
19912 @cindex Sets, as vectors
19913 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
19914 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
19915 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
19916 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
19917 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
19918 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
19919 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
19920 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
19921 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
19922 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
19923 the variables @samp{a} and @samp{b} both equaled 17, you might
19924 expect the answer @samp{[]}.
19926 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
19927 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
19928 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
19929 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
19930 there are variables or other non-real objects present in a real set,
19931 all set operations on it will be left in unevaluated form.
19933 If the input to a set operation is a plain number or interval form
19934 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
19935 The result is always a vector, except that if the set consists of a
19936 single interval, the interval itself is returned instead.
19938 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
19939 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @cite{A}
19940 is a subset of the set @cite{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
19942 @kindex V +
19943 @pindex calc-remove-duplicates
19944 @tindex rdup
19945 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
19946 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
19947 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
19948 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
19949 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
19950 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
19951 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
19952 them.
19954 @kindex V V
19955 @pindex calc-set-union
19956 @tindex vunion
19957 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
19958 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
19959 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
19960 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
19961 then using @kbd{V +}.)
19963 @kindex V ^
19964 @pindex calc-set-intersect
19965 @tindex vint
19966 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
19967 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
19968 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
19969 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
19970 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
19971 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
19972 notation for set union@c{ ($A \cup B$)}
19973 @asis{} and intersection@c{ ($A \cap B$)}
19974 @asis{}.
19976 @kindex V -
19977 @pindex calc-set-difference
19978 @tindex vdiff
19979 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
19980 the difference between two sets.  An object is in the difference
19981 @cite{A - B} if and only if it is in @cite{A} but not in @cite{B}.
19982 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
19983 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
19984 as a general @dfn{set complement} operator; if @cite{A} is the set of
19985 all possible values, then @cite{A - B} is the ``complement'' of @cite{B}.
19986 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
19987 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
19988 enough to express in a few intervals).
19990 @kindex V X
19991 @pindex calc-set-xor
19992 @tindex vxor
19993 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
19994 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
19995 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
19996 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
19997 occur in both sets ``cancel out.''
19999 @kindex V ~
20000 @pindex calc-set-complement
20001 @tindex vcompl
20002 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
20003 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
20004 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
20005 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
20006 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
20008 @kindex V F
20009 @pindex calc-set-floor
20010 @tindex vfloor
20011 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
20012 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
20013 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
20014 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
20015 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
20016 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
20017 the complement with respect to the set of integers you could type
20018 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
20020 @kindex V E
20021 @pindex calc-set-enumerate
20022 @tindex venum
20023 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
20024 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
20025 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
20026 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
20027 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
20029 @kindex V :
20030 @pindex calc-set-span
20031 @tindex vspan
20032 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
20033 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
20034 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
20035 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
20036 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
20038 @kindex V #
20039 @pindex calc-set-cardinality
20040 @tindex vcard
20041 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
20042 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
20043 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
20044 more efficient than actually producing that vector.
20046 @cindex Sets, as binary numbers
20047 Another representation for sets that may be more appropriate in some
20048 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
20049 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
20050 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
20051 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
20052 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
20053 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
20054 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
20055 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
20056 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
20057 convenient to you.
20059 @kindex b p
20060 @kindex b u
20061 @pindex calc-pack-bits
20062 @pindex calc-unpack-bits
20063 @tindex vpack
20064 @tindex vunpack
20065 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
20066 converts an integer that represents a set in binary into a set
20067 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
20068 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
20069 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
20070 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
20071 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
20072 (binary) prefix key.
20074 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
20075 converts the other way, from a vector or interval representing
20076 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
20077 the same set.  The set may include positive infinity, but must
20078 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
20079 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
20080 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
20081 representation (@c{$2^{100}$}
20082 @cite{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
20084 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
20085 @section Statistical Operations on Vectors
20087 @noindent
20088 @cindex Statistical functions
20089 The commands in this section take vectors as arguments and compute
20090 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
20091 references used in the definitions of these functions are Bevington's
20092 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
20093 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
20094 Vetterling.
20096 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
20097 a shifted letter or other character.
20099 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
20100 (@code{calc-histogram}).
20102 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
20103 least-squares fits to statistical data.
20105 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
20106 probability distribution functions.
20108 @menu
20109 * Single-Variable Statistics::
20110 * Paired-Sample Statistics::
20111 @end menu
20113 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
20114 @subsection Single-Variable Statistics
20116 @noindent
20117 These functions do various statistical computations on single
20118 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
20119 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
20120 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
20121 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
20122 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
20123 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
20125 If an argument is a variable name, and the value stored in that
20126 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
20127 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
20128 the slow process of manipulating it directly on the stack.
20130 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
20131 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
20132 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
20133 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
20134 of the computation, based on the assumption that the formula does
20135 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
20136 error forms and interval forms are acceptable.
20138 Some of the functions in this section also accept a single error form
20139 or interval as an argument.  They then describe a property of the
20140 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20141 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20142 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20143 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20144 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20145 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20146 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20147 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20149 @kindex u #
20150 @pindex calc-vector-count
20151 @tindex vcount
20152 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20153 computes the number of data values represented by the inputs.
20154 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20155 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20156 simply computes the length of the vector.
20158 @kindex u +
20159 @kindex u *
20160 @pindex calc-vector-sum
20161 @pindex calc-vector-prod
20162 @tindex vsum
20163 @tindex vprod
20164 @cindex Summations (statistical)
20165 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20166 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20167 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20168 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20169 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20170 (@pxref{Reducing and Mapping}).@refill
20172 @kindex u X
20173 @kindex u N
20174 @pindex calc-vector-max
20175 @pindex calc-vector-min
20176 @tindex vmax
20177 @tindex vmin
20178 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20179 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20180 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20181 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20182 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20183 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20184 plus or minus infinity.
20186 @kindex u M
20187 @pindex calc-vector-mean
20188 @tindex vmean
20189 @cindex Mean of data values
20190 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20191 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20192 If the inputs are error forms @c{$x$ @code{+/-} $\sigma$}
20193 @samp{x +/- s}, this is the weighted
20194 mean of the @cite{x} values with weights @c{$1 / \sigma^2$}
20195 @cite{1 / s^2}.
20196 @tex
20197 \turnoffactive
20198 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20199            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20200 @end tex
20201 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20202 values divided by the count of the values.@refill
20204 Note that a plain number can be considered an error form with
20205 error @c{$\sigma = 0$}
20206 @cite{s = 0}.  If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20207 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20208 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20209 above definitions it's clear that a plain number effectively
20210 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20211 weight is completely negligible.)
20213 This function also works for distributions (error forms or
20214 intervals).  The mean of an error form `@var{a} @t{+/-} @var{b}' is simply
20215 @cite{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20216 and maximum values of the interval.
20218 @kindex I u M
20219 @pindex calc-vector-mean-error
20220 @tindex vmeane
20221 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20222 command computes the mean of the data points expressed as an
20223 error form.  This includes the estimated error associated with
20224 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20225 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20226 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20227 sum of the reciprocals of the variances.)
20228 @tex
20229 \turnoffactive
20230 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20231 @end tex
20232 If the inputs are plain
20233 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20234 divided by the square root of the number of values.  (This works
20235 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20236 then assuming each value's error is equal to this standard
20237 deviation.)@refill
20238 @tex
20239 \turnoffactive
20240 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20241 @end tex
20243 @kindex H u M
20244 @pindex calc-vector-median
20245 @tindex vmedian
20246 @cindex Median of data values
20247 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20248 command computes the median of the data values.  The values are
20249 first sorted into numerical order; the median is the middle
20250 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20251 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20252 The median function is different from the other functions in
20253 this section in that the arguments must all be real numbers;
20254 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20255 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20256 any of the input values are error forms, their error parts are
20257 ignored.
20259 The median function also accepts distributions.  For both normal
20260 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20261 the same as the mean.
20263 @kindex H I u M
20264 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20265 @tindex vhmean
20266 @cindex Harmonic mean
20267 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20268 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20269 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20270 of the values.
20271 @tex
20272 \turnoffactive
20273 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20274 @end tex
20276 @kindex u G
20277 @pindex calc-vector-geometric-mean
20278 @tindex vgmean
20279 @cindex Geometric mean
20280 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20281 command computes the geometric mean of the data values.  This
20282 is the @var{n}th root of the product of the values.  This is also
20283 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20284 of the data values.
20285 @tex
20286 \turnoffactive
20287 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20288    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20289 @end tex
20291 @kindex H u G
20292 @tindex agmean
20293 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20294 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20295 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20296 mean, then repeating until the two values converge.
20297 @tex
20298 \turnoffactive
20299 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20300 @end tex
20302 @cindex Root-mean-square
20303 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20304 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20306 @kindex u S
20307 @pindex calc-vector-sdev
20308 @tindex vsdev
20309 @cindex Standard deviation
20310 @cindex Sample statistics
20311 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20312 computes the standard deviation@c{ $\sigma$}
20313 @asis{} of the data values.  If the
20314 values are error forms, the errors are used as weights just
20315 as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard deviation,
20316 whose value is the square root of the sum of the squares of the
20317 differences between the values and the mean of the @cite{N} values,
20318 divided by @cite{N-1}.
20319 @tex
20320 \turnoffactive
20321 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20322 @end tex
20324 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20325 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20326 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20327 limits, divided by @c{$\sqrt{12}$}
20328 @cite{sqrt(12)}.  The standard deviation of an
20329 integer interval is the same as the standard deviation of a vector
20330 of those integers.
20332 @kindex I u S
20333 @pindex calc-vector-pop-sdev
20334 @tindex vpsdev
20335 @cindex Population statistics
20336 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20337 command computes the @emph{population} standard deviation.
20338 It is defined by the same formula as above but dividing
20339 by @cite{N} instead of by @cite{N-1}.  The population standard
20340 deviation is used when the input represents the entire set of
20341 data values in the distribution; the sample standard deviation
20342 is used when the input represents a sample of the set of all
20343 data values, so that the mean computed from the input is itself
20344 only an estimate of the true mean.
20345 @tex
20346 \turnoffactive
20347 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20348 @end tex
20350 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20351 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20352 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20354 @kindex H u S
20355 @kindex H I u S
20356 @pindex calc-vector-variance
20357 @pindex calc-vector-pop-variance
20358 @tindex vvar
20359 @tindex vpvar
20360 @cindex Variance of data values
20361 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20362 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20363 commands compute the variance of the data values.  The variance
20364 is the square@c{ $\sigma^2$}
20365 @asis{} of the standard deviation, i.e., the sum of the
20366 squares of the deviations of the data values from the mean.
20367 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20369 @ignore
20370 @starindex
20371 @end ignore
20372 @tindex vflat
20373 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20374 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20375 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20376 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20378 @node Paired-Sample Statistics, , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20379 @subsection Paired-Sample Statistics
20381 @noindent
20382 The functions in this section take two arguments, which must be
20383 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20384 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20385 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20386 the stack, which must be an @c{$N\times2$}
20387 @asis{Nx2} matrix of data values.  Once
20388 again, variable names can be used in place of actual vectors and
20389 matrices.
20391 @kindex u C
20392 @pindex calc-vector-covariance
20393 @tindex vcov
20394 @cindex Covariance
20395 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20396 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20397 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20398 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20399 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20400 and the mean of @var{y}, all divided by @cite{N-1}.  Note that
20401 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20402 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20403 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20404 are composed of error forms, the error for a given data point
20405 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20406 input errors.
20407 @tex
20408 \turnoffactive
20409 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20410 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20411     {\displaystyle {1 \over N-1}
20412                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20413      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20415 @end tex
20417 @kindex I u C
20418 @pindex calc-vector-pop-covariance
20419 @tindex vpcov
20420 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20421 command computes the population covariance, which is the same as the
20422 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @cite{N}
20423 instead of @cite{N-1}.
20425 @kindex H u C
20426 @pindex calc-vector-correlation
20427 @tindex vcorr
20428 @cindex Correlation coefficient
20429 @cindex Linear correlation
20430 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20431 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20432 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20433 product of their standard deviations.  (There is no difference
20434 between sample or population statistics here.)
20435 @tex
20436 \turnoffactive
20437 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20438 @end tex
20440 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20441 @section Reducing and Mapping Vectors
20443 @noindent
20444 The commands in this section allow for more general operations on the
20445 elements of vectors.
20447 @kindex V A
20448 @pindex calc-apply
20449 @tindex apply
20450 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20451 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20452 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20453 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20454 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20455 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20456 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20458 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20459 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20461 @menu
20462 * Specifying Operators::
20463 * Mapping::
20464 * Reducing::
20465 * Nesting and Fixed Points::
20466 * Generalized Products::
20467 @end menu
20469 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20470 @subsection Specifying Operators
20472 @noindent
20473 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20474 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20475 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20476 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20477 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20478 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20479 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20480 element as its argument.)
20482 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20483 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20484 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20485 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20486 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20487 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20488 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20489 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20490 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20491 @kbd{V M 3 x f @key{RET}} calls @code{f} with three arguments even if it
20492 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20493 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20494 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20495 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20496 type @kbd{V M 3 v e}.
20498 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20499 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20500 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20501 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20502 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20503 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20504 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20505 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20506 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20507 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20509 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20510 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20511 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20512 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20513 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20514 entry interacts with the stack.)
20516 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
20517 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
20518 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
20519 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
20520 prompted for an argument list.
20522 @cindex Nameless functions
20523 @cindex Generic functions
20524 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
20525 which means ``a function of two arguments that computes the first
20526 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
20527 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
20528 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
20529 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ @key{RET}},
20530 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
20531 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x @key{RET} @key{RET}},
20532 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
20533 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
20534 can get it back later if you wish.
20536 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
20537 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
20538 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
20539 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
20540 begins with a list of variables followed by a colon.)
20542 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
20543 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
20544 argument list in this case, since the nameless function specifies the
20545 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
20546 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
20547 so that @kbd{V A ' #1+#2 @key{RET}} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> @key{RET}},
20548 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ @key{RET}}.
20550 @cindex Lambda expressions
20551 @ignore
20552 @starindex
20553 @end ignore
20554 @tindex lambda
20555 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
20556 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
20557 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
20558 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
20559 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
20560 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
20561 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
20563 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
20564 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
20565 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
20566 called.)
20568 @tindex add
20569 @tindex sub
20570 @ignore
20571 @mindex @idots
20572 @end ignore
20573 @tindex mul
20574 @ignore
20575 @mindex @null
20576 @end ignore
20577 @tindex div
20578 @ignore
20579 @mindex @null
20580 @end ignore
20581 @tindex pow
20582 @ignore
20583 @mindex @null
20584 @end ignore
20585 @tindex neg
20586 @ignore
20587 @mindex @null
20588 @end ignore
20589 @tindex mod
20590 @ignore
20591 @mindex @null
20592 @end ignore
20593 @tindex vconcat
20594 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
20595 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
20596 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
20597 and is either a variable whose name is the same as the function name,
20598 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
20599 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
20600 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
20601 @code{vconcat}.@refill
20603 @ignore
20604 @starindex
20605 @end ignore
20606 @tindex call
20607 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
20608 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
20609 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
20610 like the other functions described here, may be either a variable naming a
20611 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
20612 as @samp{x + 2y}).
20614 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
20615 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
20616 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
20617 automatically makes this translation, so you don't have to worry
20618 about it.)
20620 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
20621 @subsection Mapping
20623 @noindent
20624 @kindex V M
20625 @pindex calc-map
20626 @tindex map
20627 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
20628 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
20629 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
20630 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
20631 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
20632 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
20633 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
20634 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
20635 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
20636 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
20637 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
20638 be prompted for the number of arguments to use.@refill
20640 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
20641 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
20642 @cite{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
20643 produce another @c{$3\times2$}
20644 @asis{3x2} matrix, @cite{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
20646 @tindex mapr
20647 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
20648 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
20649 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
20650 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
20651 namely @cite{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
20652 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
20653 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
20654 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
20655 of the matrix to get a new matrix, @cite{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
20657 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
20658 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
20659 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
20660 their individual elements.
20662 @tindex mapc
20663 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
20664 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
20665 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
20666 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
20667 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
20668 @cite{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
20670 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
20671 and column-like appearances, and were not already taken by useful
20672 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
20673 to type after @kbd{V M}.)
20675 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
20676 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
20677 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
20678 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
20679 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
20680 a vector takes a dot product of the vector with itself).
20682 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
20683 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
20684 arguments, those vectors are also held constant for every row or
20685 column.
20687 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
20688 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
20689 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
20690 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
20691 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
20692 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
20693 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
20694 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
20695 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
20696 mapped over the elements of each row.)
20698 @tindex mapa
20699 @tindex mapd
20700 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
20701 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
20702 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
20703 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
20704 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
20705 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
20706 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
20707 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
20709 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
20710 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
20711 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
20712 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
20714 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
20715 @subsection Reducing
20717 @noindent
20718 @kindex V R
20719 @pindex calc-reduce
20720 @tindex reduce
20721 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
20722 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
20723 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
20724 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
20725 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
20726 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
20727 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
20728 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
20730 @kindex I V R
20731 @tindex rreduce
20732 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
20733 that works from right to left through the vector.  For example, plain
20734 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
20735 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
20736 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
20737 in power series expansions.
20739 @kindex V U
20740 @tindex accum
20741 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
20742 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
20743 operation, but instead of producing only the final result, it produces
20744 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
20745 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
20746 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
20748 @kindex I V U
20749 @tindex raccum
20750 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
20751 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
20752 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
20754 @tindex reducea
20755 @tindex rreducea
20756 @tindex reduced
20757 @tindex rreduced
20758 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
20759 example, given the matrix @cite{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
20760 compute @cite{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
20761 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
20762 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
20763 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
20764 matrix would produce @cite{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
20765 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @cite{[a + d,
20766 b + e, c + f]}.
20768 @tindex reducer
20769 @tindex rreducer
20770 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
20771 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
20772 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
20773 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
20774 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
20775 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
20776 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
20778 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
20779 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
20781 @tindex reducec
20782 @tindex rreducec
20783 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
20784 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
20786 The commands @kbd{M-# :} and @kbd{M-# _} are equivalent to typing
20787 @kbd{M-# r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
20788 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
20789 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
20791 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
20792 @subsection Nesting and Fixed Points
20794 @noindent
20795 @kindex H V R
20796 @tindex nest
20797 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
20798 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
20799 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
20800 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
20801 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
20802 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
20803 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
20805 @kindex H V U
20806 @tindex anest
20807 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
20808 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
20809 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
20810 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
20811 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
20813 @kindex H I V R
20814 @tindex fixp
20815 @cindex Fixed points
20816 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
20817 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
20818 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
20819 no longer changes.
20821 @kindex H I V U
20822 @tindex afixp
20823 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
20824 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
20825 the last element will be the final result that would have been returned
20826 by @code{fixp}.
20828 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
20829 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
20830 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
20831 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
20832 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
20833 to converge to 0.739085.)
20835 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
20836 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
20837 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
20838 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
20839 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 @key{RET}} quickly yields the result
20840 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
20841 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
20843 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
20844 the function until two successive results are equal to within the
20845 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
20846 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
20847 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
20848 applied until two successive results are exactly the same formula.
20849 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
20850 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
20852 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
20853 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
20854 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
20855 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
20856 specified, all results during the calculation must be numbers, not
20857 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
20858 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
20859 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
20860 exactly equal.)
20862 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
20863 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
20864 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
20865 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
20867 @node Generalized Products, , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
20868 @subsection Generalized Products
20870 @kindex V O
20871 @pindex calc-outer-product
20872 @tindex outer
20873 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
20874 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
20875 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
20876 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
20877 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
20878 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
20879 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
20881 @kindex V I
20882 @pindex calc-inner-product
20883 @tindex inner
20884 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
20885 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
20886 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
20887 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
20888 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
20889 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
20890 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
20891 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
20892 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
20893 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
20894 generalized dot product.
20896 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
20897 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
20898 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
20899 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
20900 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
20902 @node Vector and Matrix Formats, , Reducing and Mapping, Matrix Functions
20903 @section Vector and Matrix Display Formats
20905 @noindent
20906 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
20907 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
20908 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
20909 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
20910 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
20911 @pxref{Normal Language Modes}.
20913 @kindex V <
20914 @pindex calc-matrix-left-justify
20915 @kindex V =
20916 @pindex calc-matrix-center-justify
20917 @kindex V >
20918 @pindex calc-matrix-right-justify
20919 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
20920 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
20921 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
20922 are justified to the left, right, or center of their columns.@refill
20924 @kindex V [
20925 @pindex calc-vector-brackets
20926 @kindex V @{
20927 @pindex calc-vector-braces
20928 @kindex V (
20929 @pindex calc-vector-parens
20930 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
20931 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
20932 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
20933 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
20934 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
20935 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
20936 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
20937 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
20938 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
20939 and parentheses may never be used for this purpose.@refill
20941 @kindex V ]
20942 @pindex calc-matrix-brackets
20943 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
20944 ``big'' style display of matrices.  It prompts for a string of code
20945 letters; currently implemented letters are @code{R}, which enables
20946 brackets on each row of the matrix; @code{O}, which enables outer
20947 brackets in opposite corners of the matrix; and @code{C}, which
20948 enables commas or semicolons at the ends of all rows but the last.
20949 The default format is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format
20950 was fixed at @samp{ROC}.)  Here are some example matrices:
20952 @example
20953 @group
20954 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
20955   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
20956   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
20958          RO                        ROC
20960 @end group
20961 @end example
20962 @noindent
20963 @example
20964 @group
20965   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
20966      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
20967      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
20969           O                        OC
20971 @end group
20972 @end example
20973 @noindent
20974 @example
20975 @group
20976   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
20977   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
20978   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
20980           R                       @r{blank}
20981 @end group
20982 @end example
20984 @noindent
20985 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
20986 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
20987 the others are useful for display only.
20989 @kindex V ,
20990 @pindex calc-vector-commas
20991 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
20992 off in vector and matrix display.@refill
20994 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
20995 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
20996 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
20997 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
20998 variables with commas turned off.  Calc will display the former
20999 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
21000 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
21001 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
21002 give to @kbd{v ]} (as described above).
21004 @kindex V .
21005 @pindex calc-full-vectors
21006 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
21007 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
21008 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
21009 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
21010 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
21011 When very large vectors are involved this will substantially
21012 improve Calc's display speed.
21014 @kindex t .
21015 @pindex calc-full-trail-vectors
21016 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
21017 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
21018 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
21019 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
21020 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
21021 unable to recover those vectors.  If you are working with very
21022 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
21023 that involve the trail.
21025 @kindex V /
21026 @pindex calc-break-vectors
21027 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
21028 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
21029 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
21030 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
21031 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
21032 vectors will still use the normal linear form.
21034 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
21035 @chapter Algebra
21037 @noindent
21038 This section covers the Calc features that help you work with
21039 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
21040 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
21041 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
21042 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
21043 is discussed.
21045 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
21046 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
21047 for anything else'') prefix.
21049 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
21050 using regular Emacs editing commands.@refill
21052 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
21053 modes to be helpful, including algebraic-simplification mode (@kbd{m A})
21054 or no-simplification mode (@kbd{m O}),
21055 algebraic-entry mode (@kbd{m a}), fraction mode (@kbd{m f}), and
21056 symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
21057 of these modes.  You may also wish to select ``big'' display mode (@kbd{d B}).
21058 @xref{Normal Language Modes}.@refill
21060 @menu
21061 * Selecting Subformulas::
21062 * Algebraic Manipulation::
21063 * Simplifying Formulas::
21064 * Polynomials::
21065 * Calculus::
21066 * Solving Equations::
21067 * Numerical Solutions::
21068 * Curve Fitting::
21069 * Summations::
21070 * Logical Operations::
21071 * Rewrite Rules::
21072 @end menu
21074 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
21075 @section Selecting Sub-Formulas
21077 @noindent
21078 @cindex Selections
21079 @cindex Sub-formulas
21080 @cindex Parts of formulas
21081 When working with an algebraic formula it is often necessary to
21082 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
21083 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
21084 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
21085 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
21086 surrounding part of the stack entry alone.
21088 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
21089 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
21090 ``sub-formula'' of the vector.
21092 @menu
21093 * Making Selections::
21094 * Changing Selections::
21095 * Displaying Selections::
21096 * Operating on Selections::
21097 * Rearranging with Selections::
21098 @end menu
21100 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
21101 @subsection Making Selections
21103 @noindent
21104 @kindex j s
21105 @pindex calc-select-here
21106 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
21107 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
21108 highlight the smallest portion of the formula that contains that
21109 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
21110 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
21111 display mode but is perhaps easiest in ``big'' (@kbd{d B}) mode.
21112 Suppose you enter the following formula:
21114 @smallexample
21115 @group
21116            3    ___
21117     (a + b)  + V c
21118 1:  ---------------
21119         2 x + 1
21120 @end group
21121 @end smallexample
21123 @noindent
21124 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
21125 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
21128 @smallexample
21129 @group
21130            .    ...
21131     .. . b.  . . .
21132 1*  ...............
21133         . . . .
21134 @end group
21135 @end smallexample
21137 @noindent
21138 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
21139 to a dot.  The @samp{*} next to the line number is to remind you that
21140 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
21141 obvious, but it might not always be.  If Embedded Mode is enabled,
21142 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
21143 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
21145 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
21146 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
21148 @smallexample
21149 @group
21150            .    ...
21151     (a + b)  . . .
21152 1*  ...............
21153         . . . .
21154 @end group
21155 @end smallexample
21157 @noindent
21158 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21159 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21160 formula that it encloses.  Putting the cursor on the @samp{+} sign
21161 would have had the same effect.
21163 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21164 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21165 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21166 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21168 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21169 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21170 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21171 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21172 and so on.
21174 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21175 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21177 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21178 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21179 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21180 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21181 cursor on any stack entry.
21183 @kindex j a
21184 @pindex calc-select-additional
21185 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21186 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21187 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21188 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21189 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21190 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21192 @kindex j o
21193 @pindex calc-select-once
21194 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21195 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21196 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21197 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21198 by the cursor.
21200 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21201 such that the next command involving selected stack entries will clear
21202 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21203 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21205 @kindex j S
21206 @kindex j O
21207 @pindex calc-select-here-maybe
21208 @pindex calc-select-once-maybe
21209 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21210 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21211 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21212 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21213 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21214 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21215 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21216 commands.@refill
21218 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21219 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21220 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21221 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21222 entire four-term sum.
21224 @kindex j b
21225 @pindex calc-break-selections
21226 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21227 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21228 through.  Calc actually stores the above formulas as @samp{((a + b) - c) + d}
21229 and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain obscure reasons, Calc
21230 treats multiplication as right-associative.)  Once you have enabled
21231 @kbd{j b} mode, selecting with the cursor on the @samp{-} sign would
21232 only select the @samp{a + b - c} portion, which makes sense when the
21233 deep structure of the sum is considered.  There is no way to select
21234 the @samp{b - c + d} portion; although this might initially look
21235 like just as legitimate a sub-formula as @samp{a + b - c}, the deep
21236 structure shows that it isn't.  The @kbd{d U} command can be used
21237 to view the deep structure of any formula (@pxref{Normal Language Modes}).
21239 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21240 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21241 you get.
21243 @kindex j u
21244 @pindex calc-unselect
21245 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21246 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21247 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21248 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21249 position.
21251 @kindex j c
21252 @pindex calc-clear-selections
21253 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21254 stack elements.
21256 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21257 @subsection Changing Selections
21259 @noindent
21260 @kindex j m
21261 @pindex calc-select-more
21262 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21263 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21264 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21266 @smallexample
21267 @group
21268            3    ...                3    ___                3    ___
21269     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21270 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21271         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21272 @end group
21273 @end smallexample
21275 @noindent
21276 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21277 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21278 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21280 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21281 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21282 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21283 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21284 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21286 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21287 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21288 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21289 is not on any stack element operates on the top stack element.
21291 @kindex j l
21292 @pindex calc-select-less
21293 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21294 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21295 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21296 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21297 current selection, the command de-selects the formula.
21299 @kindex j 1-9
21300 @pindex calc-select-part
21301 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21302 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21303 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21304 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21305 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21306 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21307 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21308 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21310 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21311 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21312 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21313 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21314 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.@refill
21316 @kindex j n
21317 @kindex j p
21318 @pindex calc-select-next
21319 @pindex calc-select-previous
21320 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21321 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21322 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21323 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21324 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21325 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21326 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21327 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21328 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21329 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21331 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21332 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21333 arguments to move several steps at a time.
21335 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21336 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21337 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21338 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21339 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21340 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21341 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21342 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21343 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21345 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21346 @subsection Displaying Selections
21348 @noindent
21349 @kindex j d
21350 @pindex calc-show-selections
21351 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21352 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21353 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21354 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21355 by @samp{#} signs:
21357 @smallexample
21358 @group
21359            3    ...                  #    ___
21360     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21361 1*  ...............       1*  ---------------
21362         . . . .                   2 x + 1
21363 @end group
21364 @end smallexample
21366 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21367 @subsection Operating on Selections
21369 @noindent
21370 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21371 on the stack will operate on the selected portions of the items
21372 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21373 at once, though there can be only one selection at a time in any
21374 given stack element.)
21376 @kindex j e
21377 @pindex calc-enable-selections
21378 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21379 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21380 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21381 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21382 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21383 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21385 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21386 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21387 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21388 element.
21390 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21391 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21392 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21393 the selected portion of the formula, returning the old selected
21394 portion to the top of the stack.
21396 @smallexample
21397 @group
21398            3    ...                    ...                    ___
21399     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21400 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21401         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21403                                     3                      3
21404 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21405 @end group
21406 @end smallexample
21408 In this example we select a sub-formula of our original example,
21409 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21410 the complete, edited formula.
21412 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21413 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21415 @kindex j '
21416 @pindex calc-enter-selection
21417 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21418 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21419 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21420 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21421 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21422 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21423 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21424 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21425 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21427 @kindex j `
21428 @pindex calc-edit-selection
21429 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21430 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21431 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21432 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21434 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21435 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21436 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21437 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21439 @smallexample
21440 @group
21441               ###
21442     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21443 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21444        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21445 @end group
21446 @end smallexample
21448 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21449 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21450 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21451 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21452 and resimplifies.
21454 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21455 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21456 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21458 @kindex j @key{DEL}
21459 @pindex calc-del-selection
21460 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21461 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21462 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21463 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21464 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21466 @kindex j @key{RET}
21467 @pindex calc-grab-selection
21468 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21469 command.)
21471 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21472 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21473 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21474 press @kbd{Q} to take the square root.
21476 @smallexample
21477 @group
21478      .. .           .. .           .. .             .. .
21479 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21480     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21481                                                  V 4 - 2 x
21482 @end group
21483 @end smallexample
21485 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21486 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21487 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21488 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21489 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21490 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21491 the command will abort with an error message.
21493 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21494 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21495 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21496 (@code{calc-change-sign}).@refill
21498 @smallexample
21499 @group
21500        .. .                .. .
21501 1*  ..........      1*  ...........
21502      .........           ..........
21503     . . . 2 x           . . . -2 x
21504 @end group
21505 @end smallexample
21507 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21508 normally have cancelled out with the subtraction automatically, has
21509 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21510 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21511 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21512 to be simplified.
21514 @smallexample
21515 @group
21516        17 y                17 y
21517 1:  -----------     1:  ----------
21518      __________          _________
21519     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
21520 @end group
21521 @end smallexample
21523 @node Rearranging with Selections, , Operating on Selections, Selecting Subformulas
21524 @subsection Rearranging Formulas using Selections
21526 @noindent
21527 @kindex j R
21528 @pindex calc-commute-right
21529 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
21530 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
21531 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
21532 rearranged according to the commutative laws of algebra.
21534 As with @kbd{j '} and @kbd{j @key{DEL}}, the term under the cursor is used
21535 if there is no selection in the current formula.  All commands described
21536 in this section share this property.  In this example, we place the
21537 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
21539 @smallexample
21540 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
21541 @end smallexample
21543 @noindent
21544 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
21545 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
21546 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
21547 mathematical meaning of the formula.
21549 The selected term may also be an element of a vector or an argument
21550 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
21551 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
21552 course be drastically changed.
21554 @smallexample
21555 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
21557 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
21558 @end smallexample
21560 @kindex j L
21561 @pindex calc-commute-left
21562 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
21563 except that it swaps the selected term with the one to its left.
21565 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
21566 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
21567 term left or right past the end of its enclosing formula.
21568 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
21569 selected term as far as possible in the given direction.
21571 @kindex j D
21572 @pindex calc-sel-distribute
21573 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
21574 sum or product into the surrounding formula using the distributive
21575 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
21576 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
21577 products or quotients into surrounding powers, and can also do
21578 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
21579 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
21580 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
21582 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
21583 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
21584 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
21585 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
21586 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
21587 times to expand at once; the default is one time only.
21589 @vindex DistribRules
21590 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
21591 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
21592 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
21593 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
21594 displays and edits the stored value of a variable.  Press @kbd{M-# M-#}
21595 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
21596 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
21598 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
21599 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
21600 this variable's value permanently for future Calc sessions.
21601 @xref{Operations on Variables}.
21603 @kindex j M
21604 @pindex calc-sel-merge
21605 @vindex MergeRules
21606 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
21607 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
21608 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
21609 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
21610 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
21611 the relevant rules.
21613 @kindex j C
21614 @pindex calc-sel-commute
21615 @vindex CommuteRules
21616 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
21617 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
21618 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
21619 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
21620 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
21621 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
21622 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
21623 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
21624 in the variable @code{CommuteRules}.
21626 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
21627 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
21628 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
21629 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
21630 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
21631 manipulations described in this section.
21633 @kindex j N
21634 @pindex calc-sel-negate
21635 @vindex NegateRules
21636 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
21637 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
21638 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
21639 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
21640 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
21641 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
21642 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
21643 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
21645 @kindex j &
21646 @pindex calc-sel-invert
21647 @vindex InvertRules
21648 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
21649 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
21650 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
21651 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
21653 @kindex j E
21654 @pindex calc-sel-jump-equals
21655 @vindex JumpRules
21656 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
21657 selected term from one side of an equation to the other.  Given
21658 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
21659 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
21660 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
21661 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
21663 @kindex j I
21664 @kindex H j I
21665 @pindex calc-sel-isolate
21666 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
21667 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
21668 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
21669 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
21670 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
21671 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
21672 as well as equations.
21674 @kindex j *
21675 @kindex j /
21676 @pindex calc-sel-mult-both-sides
21677 @pindex calc-sel-div-both-sides
21678 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
21679 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
21680 selected quotient or equation by that formula.  It simplifies each
21681 side with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) before re-forming the
21682 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
21683 providing any numeric prefix argument.  There is also a @kbd{j /}
21684 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
21685 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
21687 As a special feature, if the numerator of the quotient is 1, then
21688 the denominator is expanded at the top level using the distributive
21689 law (i.e., using the @kbd{C-u -1 a x} command).  Suppose the
21690 formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, and you wish
21691 to eliminate the square root in the denominator by multiplying both
21692 sides by @samp{sqrt(a) - 1}.  Calc's default simplifications would
21693 change the result @samp{(sqrt(a) - 1) / (sqrt(a) - 1) (sqrt(a) + 1)}
21694 right back to the original form by cancellation; Calc expands the
21695 denominator to @samp{sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1} to prevent
21696 this.  (You would now want to use an @kbd{a x} command to expand
21697 the rest of the way, whereupon the denominator would cancel out to
21698 the desired form, @samp{a - 1}.)  When the numerator is not 1, this
21699 initial expansion is not necessary because Calc's default
21700 simplifications will not notice the potential cancellation.
21702 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
21703 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
21704 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
21705 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
21706 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
21707 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
21708 will be, it will assume it is positive and display a warning
21709 message.
21711 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
21712 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
21713 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
21714 back by the formula.
21716 @kindex j +
21717 @kindex j -
21718 @pindex calc-sel-add-both-sides
21719 @pindex calc-sel-sub-both-sides
21720 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
21721 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
21722 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
21723 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
21724 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
21725 results.
21727 @kindex j U
21728 @pindex calc-sel-unpack
21729 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
21730 selected function call with its argument.  For example, given
21731 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
21732 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
21733 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
21734 now to take the cosine of the selected part.)
21736 @kindex j v
21737 @pindex calc-sel-evaluate
21738 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
21739 normal default simplifications on the selected sub-formula.
21740 These are the simplifications that are normally done automatically
21741 on all results, but which may have been partially inhibited by
21742 previous selection-related operations, or turned off altogether
21743 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
21744 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
21746 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
21747 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command to the selected
21748 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
21749 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
21750 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
21751 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
21752 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
21753 sub-formula.
21755 @kindex j "
21756 @pindex calc-sel-expand-formula
21757 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
21758 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
21760 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
21761 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
21763 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
21764 @section Algebraic Manipulation
21766 @noindent
21767 The commands in this section perform general-purpose algebraic
21768 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
21769 stack (unless, of course, you have made a selection in that
21770 formula).
21772 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
21773 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
21774 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
21775 from the second-to-top stack level.
21777 @kindex a v
21778 @pindex calc-alg-evaluate
21779 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
21780 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
21781 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
21782 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
21783 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
21784 command.  @xref{Simplification Modes}.
21786 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
21787 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
21788 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
21790 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
21791 as if in algebraic simplification mode.  This is equivalent to typing
21792 @kbd{a s}; @pxref{Simplifying Formulas}.  If you give a numeric prefix
21793 of 3 or more, it uses extended simplification mode (@kbd{a e}).
21795 If you give a negative prefix argument @i{-1}, @i{-2}, or @i{-3},
21796 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
21797 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
21798 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
21799 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
21800 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
21801 in no-simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
21802 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
21803 (@xref{Reducing and Mapping}.)
21805 @tindex evalv
21806 @tindex evalvn
21807 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
21808 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
21809 disables symbolic (@kbd{m s}) mode during the evaluation, corresponds
21810 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
21811 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
21812 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
21813 it as a temporary different working precision.)
21815 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
21816 as an optional second argument.  This argument can be either an
21817 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
21818 a single integer, to adjust the precision relative to the current
21819 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
21820 precision will do the calculation at this higher precision, but the
21821 result will as usual be rounded back down to the current precision
21822 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
21823 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
21824 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
21825 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
21826 will return @samp{9.2654e-5}.
21828 @kindex a "
21829 @pindex calc-expand-formula
21830 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
21831 into their defining formulas wherever possible.  For example,
21832 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
21833 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
21834 and so are unaffected by this command.  One important class of
21835 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
21836 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
21837 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
21838 distribution functions, most of the financial functions, and the
21839 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
21840 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
21841 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
21842 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
21843 top-level function call.
21845 @kindex a M
21846 @pindex calc-map-equation
21847 @tindex mapeq
21848 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
21849 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
21850 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
21851 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
21852 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
21853 @samp{x = y+1} and @cite{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
21854 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
21855 sides together and the righthand sides together to get the two
21856 respective sides of a new equation.
21858 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
21859 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
21860 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
21861 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
21862 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
21863 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
21864 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
21865 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
21866 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the @kbd{a s} command can
21867 then simplify to get @samp{2 < b}.
21869 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
21870 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
21871 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
21872 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
21873 though this is not true for all values of the variables.
21875 @kindex H a M
21876 @tindex mapeqp
21877 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
21878 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
21879 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
21880 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
21881 fixing an inequality which was already incorrect.)
21883 @kindex I a M
21884 @tindex mapeqr
21885 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
21886 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
21887 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
21888 working with small positive angles.
21890 @kindex a b
21891 @pindex calc-substitute
21892 @tindex subst
21893 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
21894 all occurrences
21895 of some variable or sub-expression of an expression with a new
21896 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
21897 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
21898 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
21899 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
21900 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
21901 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
21902 doing substitutions.@refill
21904 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
21905 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
21906 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
21907 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
21908 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
21909 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
21910 target is taken from top-of-stack as usual.
21912 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
21913 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
21914 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
21915 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
21916 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
21917 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
21918 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
21919 these limitations.
21921 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
21922 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
21923 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
21924 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
21925 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
21927 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
21928 @section Simplifying Formulas
21930 @noindent
21931 @kindex a s
21932 @pindex calc-simplify
21933 @tindex simplify
21934 The @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command applies
21935 various algebraic rules to simplify a formula.  This includes rules which
21936 are not part of the default simplifications because they may be too slow
21937 to apply all the time, or may not be desirable all of the time.  For
21938 example, non-adjacent terms of sums are combined, as in @samp{a + b + 2 a}
21939 to @samp{b + 3 a}, and some formulas like @samp{sin(arcsin(x))} are
21940 simplified to @samp{x}.
21942 The sections below describe all the various kinds of algebraic
21943 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
21944 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
21945 they simply apply certain specific rules to put formulas into
21946 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
21947 must be done manually, usually with a combination of selections
21948 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
21949 @xref{Rewrite Rules}.
21951 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
21952 simplification occurs automatically.  Normally only the ``default
21953 simplifications'' occur.
21955 @menu
21956 * Default Simplifications::
21957 * Algebraic Simplifications::
21958 * Unsafe Simplifications::
21959 * Simplification of Units::
21960 @end menu
21962 @node Default Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
21963 @subsection Default Simplifications
21965 @noindent
21966 @cindex Default simplifications
21967 This section describes the ``default simplifications,'' those which are
21968 normally applied to all results.  For example, if you enter the variable
21969 @cite{x} on the stack twice and push @kbd{+}, Calc's default
21970 simplifications automatically change @cite{x + x} to @cite{2 x}.
21972 The @kbd{m O} command turns off the default simplifications, so that
21973 @cite{x + x} will remain in this form unless you give an explicit
21974 ``simplify'' command like @kbd{=} or @kbd{a v}.  @xref{Algebraic
21975 Manipulation}.  The @kbd{m D} command turns the default simplifications
21976 back on.
21978 The most basic default simplification is the evaluation of functions.
21979 For example, @cite{2 + 3} is evaluated to @cite{5}, and @cite{@t{sqrt}(9)}
21980 is evaluated to @cite{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
21981 to a function are somehow of the wrong type (@cite{@t{tan}([2,3,4])}),
21982 range (@cite{@t{tan}(90)}), or number (@cite{@t{tan}(3,5)}), or if the
21983 function name is not recognized (@cite{@t{f}(5)}), or if ``symbolic''
21984 mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation (@cite{@t{sqrt}(2)}).
21986 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
21987 simplifies the function itself.  Thus @cite{@t{sqrt}(5+4)} is
21988 simplified to @cite{@t{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
21989 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
21990 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
21991 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
21992 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
21993 does not evaluate its lefthand argument.
21995 Most commands apply the default simplifications to all arguments they
21996 take from the stack, perform a particular operation, then simplify
21997 the result before pushing it back on the stack.  In the common special
21998 case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and @kbd{Q} [@code{sqrt}],
21999 the arguments are simply popped from the stack and collected into a
22000 suitable function call, which is then simplified (the arguments being
22001 simplified first as part of the process, as described above).
22003 The default simplifications are too numerous to describe completely
22004 here, but this section will describe the ones that apply to the
22005 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
22006 nature, and will probably be interesting to you only if you are
22007 a serious user of Calc's algebra facilities.
22009 @tex
22010 \bigskip
22011 @end tex
22013 As well as the simplifications described here, if you have stored
22014 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
22015 will also be applied before any built-in default simplifications.
22016 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
22018 @tex
22019 \bigskip
22020 @end tex
22022 And now, on with the default simplifications:
22024 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
22025 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
22026 more terms are arranged by the associative law of algebra into
22027 a left-associative form for sums, @cite{((a + b) + c) + d}, and
22028 a right-associative form for products, @cite{a * (b * (c * d))}.
22029 Formulas like @cite{(a + b) + (c + d)} are rearranged to
22030 left-associative form, though this rarely matters since Calc's
22031 algebra commands are designed to hide the inner structure of
22032 sums and products as much as possible.  Sums and products in
22033 their proper associative form will be written without parentheses
22034 in the examples below.
22036 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
22037 commutative law (@cite{a + b} to @cite{b + a}) except in a few
22038 special cases described below.  Some algebra programs always
22039 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
22040 see that @cite{a b + b a} can be simplified to @cite{2 a b}.
22041 Calc assumes you have put the terms into the order you want
22042 and generally leaves that order alone, with the consequence
22043 that formulas like the above will only be simplified if you
22044 explicitly give the @kbd{a s} command.  @xref{Algebraic
22045 Simplifications}.
22047 Differences @cite{a - b} are treated like sums @cite{a + (-b)}
22048 for purposes of simplification; one of the default simplifications
22049 is to rewrite @cite{a + (-b)} or @cite{(-b) + a}, where @cite{-b}
22050 represents a ``negative-looking'' term, into @cite{a - b} form.
22051 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
22052 @cite{-x}, and products or quotients in which either term is
22053 negative-looking.
22055 Other simplifications involving negation are @cite{-(-x)} to @cite{x};
22056 @cite{-(a b)} or @cite{-(a/b)} where either @cite{a} or @cite{b} is
22057 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
22058 @cite{a} or @cite{b} is any number, by negating that number;
22059 @cite{-(a + b)} to @cite{-a - b}, and @cite{-(b - a)} to @cite{a - b}.
22060 (This, and rewriting @cite{(-b) + a} to @cite{a - b}, are the only
22061 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
22062 simplifications.)
22064 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
22065 @cite{a x + b x} to @cite{(a + b) x}, where @cite{a} represents
22066 a number or an implicit 1 or @i{-1} (as in @cite{x} or @cite{-x})
22067 and similarly for @cite{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
22068 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
22069 using the distributive law.
22071 The distributive law is only used for sums of two terms, or
22072 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @cite{a + b + b + c}
22073 is simplified to @cite{a + 2 b + c}, but @cite{a + b + c + b}
22074 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
22075 sum with one another would require time proportional to the
22076 square of the number of terms; Calc relegates potentially slow
22077 operations like this to commands that have to be invoked
22078 explicitly, like @kbd{a s}.
22080 Finally, @cite{a + 0} and @cite{0 + a} are simplified to @cite{a}.
22081 A consequence of the above rules is that @cite{0 - a} is simplified
22082 to @cite{-a}.
22084 @tex
22085 \bigskip
22086 @end tex
22088 The products @cite{1 a} and @cite{a 1} are simplified to @cite{a};
22089 @cite{(-1) a} and @cite{a (-1)} are simplified to @cite{-a};
22090 @cite{0 a} and @cite{a 0} are simplified to @cite{0}, except that
22091 in matrix mode where @cite{a} is not provably scalar the result
22092 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @cite{a} is
22093 infinite the result is @samp{nan}.
22095 Also, @cite{(-a) b} and @cite{a (-b)} are simplified to @cite{-(a b)},
22096 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
22097 numbers.
22099 Products are commuted only to move numbers to the front:
22100 @cite{a b 2} is commuted to @cite{2 a b}.
22102 The product @cite{a (b + c)} is distributed over the sum only if
22103 @cite{a} and at least one of @cite{b} and @cite{c} are numbers:
22104 @cite{2 (x + 3)} goes to @cite{2 x + 6}.  The formula
22105 @cite{(-a) (b - c)}, where @cite{-a} is a negative number, is
22106 rewritten to @cite{a (c - b)}.
22108 The distributive law of products and powers is used for adjacent
22109 terms of the product: @cite{x^a x^b} goes to @c{$x^{a+b}$}
22110 @cite{x^(a+b)}
22111 where @cite{a} is a number, or an implicit 1 (as in @cite{x}),
22112 or the implicit one-half of @cite{@t{sqrt}(x)}, and similarly for
22113 @cite{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
22114 if the sum of the powers is @cite{1/2} or @cite{-1/2}, respectively.
22115 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
22116 @cite{1} or to @samp{idn(1)} if matrix mode is enabled.
22118 The product of a negative power times anything but another negative
22119 power is changed to use division:  @c{$x^{-2} y$}
22120 @cite{x^(-2) y} goes to @cite{y / x^2} unless matrix mode is
22121 in effect and neither @cite{x} nor @cite{y} are scalar (in which
22122 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
22124 Finally, @cite{a (b/c)} is rewritten to @cite{(a b)/c}, and also
22125 @cite{(a/b) c} is changed to @cite{(a c)/b} unless in matrix mode.
22127 @tex
22128 \bigskip
22129 @end tex
22131 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
22132 The quotient @cite{0 / x} is simplified to @cite{0}, with the same
22133 exceptions that were noted for @cite{0 x}.  Likewise, @cite{x / 1}
22134 and @cite{x / (-1)} are simplified to @cite{x} and @cite{-x},
22135 respectively.
22137 The quotient @cite{x / 0} is left unsimplified or changed to an
22138 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
22139 @xref{Infinite Mode}.
22141 The expression @c{$a / b^{-c}$}
22142 @cite{a / b^(-c)} is changed to @cite{a b^c},
22143 where @cite{-c} is any negative-looking power.  Also, @cite{1 / b^c}
22144 is changed to @c{$b^{-c}$}
22145 @cite{b^(-c)} for any power @cite{c}.
22147 Also, @cite{(-a) / b} and @cite{a / (-b)} go to @cite{-(a/b)};
22148 @cite{(a/b) / c} goes to @cite{a / (b c)}; and @cite{a / (b/c)}
22149 goes to @cite{(a c) / b} unless matrix mode prevents this
22150 rearrangement.  Similarly, @cite{a / (b:c)} is simplified to
22151 @cite{(c:b) a} for any fraction @cite{b:c}.
22153 The distributive law is applied to @cite{(a + b) / c} only if
22154 @cite{c} and at least one of @cite{a} and @cite{b} are numbers.
22155 Quotients of powers and square roots are distributed just as
22156 described for multiplication.
22158 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22159 numerator and denominator.  In other words, @cite{a x b / a y b}
22160 is cancelled to @cite{x b / y b} but not to @cite{x / y}.  Once
22161 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22162 to cancel all terms of the quotient.
22164 Quotients of negative-looking values are simplified according
22165 to @cite{(-a) / (-b)} to @cite{a / b}, @cite{(-a) / (b - c)}
22166 to @cite{a / (c - b)}, and @cite{(a - b) / (-c)} to @cite{(b - a) / c}.
22168 @tex
22169 \bigskip
22170 @end tex
22172 The formula @cite{x^0} is simplified to @cite{1}, or to @samp{idn(1)}
22173 in matrix mode.  The formula @cite{0^x} is simplified to @cite{0}
22174 unless @cite{x} is a negative number or complex number, in which
22175 case the result is an infinity or an unsimplified formula according
22176 to the current infinite mode.  Note that @cite{0^0} is an
22177 indeterminate form, as evidenced by the fact that the simplifications
22178 for @cite{x^0} and @cite{0^x} conflict when @cite{x=0}.
22180 Powers of products or quotients @cite{(a b)^c}, @cite{(a/b)^c}
22181 are distributed to @cite{a^c b^c}, @cite{a^c / b^c} only if @cite{c}
22182 is an integer, or if either @cite{a} or @cite{b} are nonnegative
22183 real numbers.  Powers of powers @cite{(a^b)^c} are simplified to
22184 @c{$a^{b c}$}
22185 @cite{a^(b c)} only when @cite{c} is an integer and @cite{b c} also
22186 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22187 would not be safe because of problems with principal values.
22188 (In other words, @c{$((-3)^{1/2})^2$}
22189 @cite{((-3)^1:2)^2} is safe to simplify, but
22190 @c{$((-3)^2)^{1/2}$}
22191 @cite{((-3)^2)^1:2} is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform
22192 Calc that your variables satisfy these requirements.
22194 As a special case of this rule, @cite{@t{sqrt}(x)^n} is simplified to
22195 @c{$x^{n/2}$}
22196 @cite{x^(n/2)} only for even integers @cite{n}.
22198 If @cite{a} is known to be real, @cite{b} is an even integer, and
22199 @cite{c} is a half- or quarter-integer, then @cite{(a^b)^c} is
22200 simplified to @c{$@t{abs}(a^{b c})$}
22201 @cite{@t{abs}(a^(b c))}.
22203 Also, @cite{(-a)^b} is simplified to @cite{a^b} if @cite{b} is an
22204 even integer, or to @cite{-(a^b)} if @cite{b} is an odd integer,
22205 for any negative-looking expression @cite{-a}.
22207 Square roots @cite{@t{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22208 @c{$x^{1:2}$}
22209 @cite{x^1:2} for the purposes of the above-listed simplifications.
22211 Also, note that @c{$1 / x^{1:2}$}
22212 @cite{1 / x^1:2} is changed to @c{$x^{-1:2}$}
22213 @cite{x^(-1:2)},
22214 but @cite{1 / @t{sqrt}(x)} is left alone.
22216 @tex
22217 \bigskip
22218 @end tex
22220 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22221 following rules:  @cite{@t{idn}(a) + b} to @cite{a + b} if @cite{b}
22222 is provably scalar, or expanded out if @cite{b} is a matrix;
22223 @cite{@t{idn}(a) + @t{idn}(b)} to @cite{@t{idn}(a + b)};
22224 @cite{-@t{idn}(a)} to @cite{@t{idn}(-a)}; @cite{a @t{idn}(b)} to
22225 @cite{@t{idn}(a b)} if @cite{a} is provably scalar, or to @cite{a b}
22226 if @cite{a} is provably non-scalar; @cite{@t{idn}(a) @t{idn}(b)}
22227 to @cite{@t{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients
22228 involving @code{idn}; and @cite{@t{idn}(a)^n} to @cite{@t{idn}(a^n)}
22229 where @cite{n} is an integer.
22231 @tex
22232 \bigskip
22233 @end tex
22235 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22236 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22237 @cite{@t{floor}(@t{round}(x))} simplifies to @cite{@t{round}(x)}.
22238 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22239 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22240 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22242 The expression @cite{@t{abs}(-x)} changes to @cite{@t{abs}(x)}.
22243 The expression @cite{@t{abs}(@t{abs}(x))} changes to @cite{@t{abs}(x)};
22244 in fact, @cite{@t{abs}(x)} changes to @cite{x} or @cite{-x} if @cite{x}
22245 is provably nonnegative or nonpositive (@pxref{Declarations}).
22247 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22248 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22249 @cite{@t{arg}(@t{i})} and @cite{@t{arg}(-@t{i})} just for convenience.
22251 The expression @cite{@t{conj}(@t{conj}(x))} simplifies to @cite{x}.
22252 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22253 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22254 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22255 @cite{@t{conj}(a + b i)} is changed to @cite{@t{conj}(a) - @t{conj}(b) i},
22256 or to @cite{a - b i} if @cite{a} and @cite{b} are known to be real.
22258 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22259 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22260 for suitable numeric arguments and infinity.  The @kbd{a s} command
22261 described in the next section does provide some simplifications for
22262 these functions, though.
22264 One important simplification that does occur is that @cite{@t{ln}(@t{e})}
22265 is simplified to 1, and @cite{@t{ln}(@t{e}^x)} is simplified to @cite{x}
22266 for any @cite{x}.  This occurs even if you have stored a different
22267 value in the Calc variable @samp{e}; but this would be a bad idea
22268 in any case if you were also using natural logarithms!
22270 Among the logical functions, @t{(@var{a} <= @var{b})} changes to
22271 @t{@var{a} > @var{b}} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22272 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22273 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22274 @cite{!!x} to @cite{x}, this would not be valid in general because
22275 @cite{!!2} is 1, not 2.
22277 Most other Calc functions have few if any default simplifications
22278 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22279 suitable numbers.
22281 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Default Simplifications, Simplifying Formulas
22282 @subsection Algebraic Simplifications
22284 @noindent
22285 @cindex Algebraic simplifications
22286 The @kbd{a s} command makes simplifications that may be too slow to
22287 do all the time, or that may not be desirable all of the time.
22288 If you find these simplifications are worthwhile, you can type
22289 @kbd{m A} to have Calc apply them automatically.
22291 This section describes all simplifications that are performed by
22292 the @kbd{a s} command.  Note that these occur in addition to the
22293 default simplifications; even if the default simplifications have
22294 been turned off by an @kbd{m O} command, @kbd{a s} will turn them
22295 back on temporarily while it simplifies the formula.
22297 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22298 to be applied by @kbd{a s}.  Its use is analogous to @code{EvalRules},
22299 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22300 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22301 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22302 the built-in rules described below.  If the result is different from
22303 the original expression, the process repeats with the default
22304 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22305 then the built-in simplifications, and so on.
22307 @tex
22308 \bigskip
22309 @end tex
22311 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22312 end of the sum, so that @cite{a + 2 + b} changes to @cite{a + b + 2}.
22313 The only exception is that a constant will not be commuted away
22314 from the first position of a difference, i.e., @cite{2 - x} is not
22315 commuted to @cite{-x + 2}.
22317 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22318 @cite{x + y + 2 x} to @cite{y + 3 x}.  This always occurs for
22319 adjacent terms, but @kbd{a s} compares all pairs of terms including
22320 non-adjacent ones.
22322 @tex
22323 \bigskip
22324 @end tex
22326 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22327 law.  For example, @cite{b c a} is commuted to @cite{a b c}.
22328 This allows easier comparison of products; for example, the default
22329 simplifications will not change @cite{x y + y x} to @cite{2 x y},
22330 but @kbd{a s} will; it first rewrites the sum to @cite{x y + x y},
22331 and then the default simplifications are able to recognize a sum
22332 of identical terms.
22334 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22335 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22336 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22337 command uses the same ordering when sorting a vector.
22339 Sorting of terms of products is inhibited when matrix mode is
22340 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22341 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22343 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22344 terms, using the same method that the default simplifications
22345 use for adjacent terms of products.
22347 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22348 taken into account when terms of a product are being compared.
22349 Thus @cite{(x + y) (y + x)} will be simplified to @cite{(x + y)^2}.
22350 A subtle point is that @cite{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22351 be simplified to @cite{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22352 one term can be written as a constant times the other, even if
22353 that constant is @i{-1}.
22355 A fraction times any expression, @cite{(a:b) x}, is changed to
22356 a quotient involving integers:  @cite{a x / b}.  This is not
22357 done for floating-point numbers like @cite{0.5}, however.  This
22358 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22359 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22361 @tex
22362 \bigskip
22363 @end tex
22365 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22366 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22367 the distributive law.  For example, @cite{a x^2 b / c x^3 d} will
22368 cancel @cite{x^2} from both sides to get @cite{a b / c x d}.
22369 (The terms in the denominator will then be rearranged to @cite{c d x}
22370 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22371 factor in the numerator and denominator, it is cancelled out;
22372 for example, @cite{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @cite{(2 x + 3) / 4 x}.
22374 Non-constant common factors are not found even by @kbd{a s}.  To
22375 cancel the factor @cite{a} in @cite{(a x + a) / a^2} you could first
22376 use @kbd{j M} on the product @cite{a x} to Merge the numerator to
22377 @cite{a (1+x)}, which can then be simplified successfully.
22379 @tex
22380 \bigskip
22381 @end tex
22383 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22384 to the identity @cite{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22385 than the complex number @cite{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22386 will no longer occur.  This is done by @kbd{a s} instead of by default
22387 in case someone (unwisely) uses the name @code{i} for a variable
22388 unrelated to complex numbers; it would be unfortunate if Calc
22389 quietly and automatically changed this formula for reasons the
22390 user might not have been thinking of.
22392 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22393 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22394 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22395 pulled out so that @cite{@t{sqrt}(8)} is rewritten as
22396 @c{$2\,\t{sqrt}(2)$}
22397 @cite{2 sqrt(2)}.  Conceptually speaking this implies factoring
22398 the argument into primes and moving pairs of primes out of the
22399 square root, but for reasons of efficiency Calc only looks for
22400 primes up to 29.
22402 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22403 numerator:  @cite{1 / @t{sqrt}(3)} changes to @cite{@t{sqrt}(3) / 3}.
22404 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22405 @cite{@t{sqrt}(2:3)} changes to @cite{@t{sqrt}(6) / 3}.
22407 @tex
22408 \bigskip
22409 @end tex
22411 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22412 when the modulus @cite{M} is a positive real number.  First, if
22413 the argument is of the form @cite{x + n} for some real number
22414 @cite{n}, then @cite{n} is itself reduced modulo @cite{M}.  For
22415 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22417 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22418 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22419 cancelled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22420 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22421 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22422 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22423 about modulo forms in the presence of declarations.
22425 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22426 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22427 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22428 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22429 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22430 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22431 declared to be an integer.
22433 @tex
22434 \bigskip
22435 @end tex
22437 Trigonometric functions are simplified in several ways.  First,
22438 @cite{@t{sin}(@t{arcsin}(x))} is simplified to @cite{x}, and
22439 similarly for @code{cos} and @code{tan}.  If the argument to
22440 @code{sin} is negative-looking, it is simplified to @cite{-@t{sin}(x)},
22441 and similarly for @code{cos} and @code{tan}.  Finally, certain
22442 special values of the argument are recognized;
22443 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22445 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22446 functions can also be simplified, as in @cite{@t{sin}(@t{arccos}(x))}
22447 to @cite{@t{sqrt}(1 - x^2)}.
22449 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22450 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22451 hyperbolic functions.
22453 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22454 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22455 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22456 @cite{@t{arcsin}(@t{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22457 @cite{x}, since this only correct within an integer multiple
22458 of @c{$2 \pi$}
22459 @cite{2 pi} radians or 360 degrees.  However,
22460 @cite{@t{arcsinh}(@t{sinh}(x))} is simplified to @cite{x} if
22461 @cite{x} is known to be real.
22463 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22464 are that @cite{@t{exp}(@t{ln}(x))}, @c{$@t{e}^{\ln(x)}$}
22465 @cite{e^@t{ln}(x)}, and
22466 @c{$10^{{\rm log10}(x)}$}
22467 @cite{10^@t{log10}(x)} all reduce to @cite{x}.
22468 Also, @cite{@t{ln}(@t{exp}(x))}, etc., can reduce to @cite{x} if
22469 @cite{x} is provably real.  The form @cite{@t{exp}(x)^y} is simplified
22470 to @cite{@t{exp}(x y)}.  If @cite{x} is a suitable multiple of @c{$\pi i$}
22471 @cite{pi i}
22472 (as described above for the trigonometric functions), then @cite{@t{exp}(x)}
22473 or @cite{e^x} will be expanded.  Finally, @cite{@t{ln}(x)} is simplified
22474 to a form involving @code{pi} and @code{i} where @cite{x} is provably
22475 negative, positive imaginary, or negative imaginary.
22477 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22478 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22479 function.
22481 @tex
22482 \bigskip
22483 @end tex
22485 Equations and inequalities are simplified by cancelling factors
22486 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
22487 change sign if a negative multiplicative factor is cancelled.
22488 Non-constant multiplicative factors as in @cite{a b = a c} are
22489 cancelled from equations only if they are provably nonzero (generally
22490 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
22491 are cancelled from inequalities only if they are nonzero and their
22492 sign is known.
22494 Simplification also replaces an equation or inequality with
22495 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
22496 declarations.  If @cite{x} is declared to be an integer greater
22497 than 5, then @cite{x < 3}, @cite{x = 3}, and @cite{x = 7.5} are
22498 all simplified to 0, but @cite{x > 3} is simplified to 1.
22499 By a similar analysis, @cite{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
22500 as is @cite{x^2 >= 0} if @cite{x} is known to be real.
22502 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
22503 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
22505 @noindent
22506 @cindex Unsafe simplifications
22507 @cindex Extended simplification
22508 @kindex a e
22509 @pindex calc-simplify-extended
22510 @ignore
22511 @mindex esimpl@idots
22512 @end ignore
22513 @tindex esimplify
22514 The @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
22515 is like @kbd{a s}
22516 except that it applies some additional simplifications which are not
22517 ``safe'' in all cases.  Use this only if you know the values in your
22518 formula lie in the restricted ranges for which these simplifications
22519 are valid.  The symbolic integrator uses @kbd{a e};
22520 one effect of this is that the integrator's results must be used with
22521 caution.  Where an integral table will often attach conditions like
22522 ``for positive @cite{a} only,'' Calc (like most other symbolic
22523 integration programs) will simply produce an unqualified result.@refill
22525 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
22526 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
22527 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
22528 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
22529 to any specific part of a formula.
22531 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied by
22532 the @kbd{a e} command.  These are applied in addition to
22533 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
22534 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
22536 Following is a complete list of ``unsafe'' simplifications performed
22537 by @kbd{a e}.
22539 @tex
22540 \bigskip
22541 @end tex
22543 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
22544 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified
22545 by @kbd{a e}.  For example, @cite{@t{arcsin}(@t{sin}(x))} changes
22546 to @cite{x}.  Also, @cite{@t{arcsin}(@t{cos}(x))} and
22547 @cite{@t{arccos}(@t{sin}(x))} both change to @cite{@t{pi}/2 - x}.
22548 These simplifications are unsafe because they are valid only for
22549 values of @cite{x} in a certain range; outside that range, values
22550 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
22551 functions always produce.
22553 Powers of powers @cite{(x^a)^b} are simplified to @c{$x^{a b}$}
22554 @cite{x^(a b)}
22555 for all @cite{a} and @cite{b}.  These results will be valid only
22556 in a restricted range of @cite{x}; for example, in @c{$(x^2)^{1:2}$}
22557 @cite{(x^2)^1:2}
22558 the powers cancel to get @cite{x}, which is valid for positive values
22559 of @cite{x} but not for negative or complex values.
22561 Similarly, @cite{@t{sqrt}(x^a)} and @cite{@t{sqrt}(x)^a} are both
22562 simplified (possibly unsafely) to @c{$x^{a/2}$}
22563 @cite{x^(a/2)}.
22565 Forms like @cite{@t{sqrt}(1 - @t{sin}(x)^2)} are simplified to, e.g.,
22566 @cite{@t{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
22567 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
22569 Arguments of square roots are partially factored to look for
22570 squared terms that can be extracted.  For example,
22571 @cite{@t{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to @cite{a b @t{sqrt}(a+b)}.
22573 The simplifications of @cite{@t{ln}(@t{exp}(x))}, @cite{@t{ln}(@t{e}^x)},
22574 and @cite{@t{log10}(10^x)} to @cite{x} are also unsafe because
22575 of problems with principal values (although these simplifications
22576 are safe if @cite{x} is known to be real).
22578 Common factors are cancelled from products on both sides of an
22579 equation, even if those factors may be zero:  @cite{a x / b x}
22580 to @cite{a / b}.  Such factors are never cancelled from
22581 inequalities:  Even @kbd{a e} is not bold enough to reduce
22582 @cite{a x < b x} to @cite{a < b} (or @cite{a > b}, depending
22583 on whether you believe @cite{x} is positive or negative).
22584 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
22585 both sides of an inequality.
22587 @node Simplification of Units, , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
22588 @subsection Simplification of Units
22590 @noindent
22591 The simplifications described in this section are applied by the
22592 @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command.  These are in addition
22593 to the regular @kbd{a s} (but not @kbd{a e}) simplifications described
22594 earlier.  @xref{Basic Operations on Units}.
22596 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
22597 the @kbd{u s} command.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
22598 and @code{AlgSimpRules}.
22600 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
22601 @xref{Matrix Mode}.
22603 Sums @cite{a + b} involving units are simplified by extracting the
22604 units of @cite{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
22605 @cite{u_a}), then simplifying the expression @cite{b / u_a}
22606 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
22607 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
22608 in terms of the units @cite{u_a}.
22610 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
22611 which the first argument is a number which is out of range for the
22612 leading unit are modified accordingly.
22614 When cancelling and combining units in products and quotients,
22615 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
22616 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
22617 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
22618 are not combined in this way.
22620 Quotients @cite{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
22621 if @cite{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
22622 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
22624 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
22625 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
22626 units of area) then they are replaced by the ratio between those
22627 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
22628 @samp{in / cm} will be replaced by @cite{2.54}.
22630 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
22631 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
22632 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
22634 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
22635 @cite{(a b)^c} to @cite{a^c b^c}, @cite{(a/b)^c} to @cite{a^c / b^c},
22636 and @cite{(a^b)^c} to @c{$a^{b c}$}
22637 @cite{a^(b c)} are done if the powers are
22638 real numbers.  (These are safe in the context of units because
22639 all numbers involved can reasonably be assumed to be real.)
22641 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
22642 base units in that unit name all occur to powers which are a
22643 multiple of the denominator of the power, then the unit name
22644 is expanded out into its base units, which can then be simplified
22645 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
22646 is simplified by noting that @cite{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
22647 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
22648 @code{m} is a multiple of 2 in @cite{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
22649 replaced by approximately @c{$(4046 m^2)^{1.5}$}
22650 @cite{(4046 m^2)^1.5}, which is then
22651 changed to @c{$4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}$}
22652 @cite{4046^1.5 (m^2)^1.5}, then to @cite{257440 m^3}.
22654 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
22655 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
22656 applied to unit names or products or quotients involving units, are
22657 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
22658 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
22659 and the righthand term simplifies to @code{in}.
22661 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
22662 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
22663 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
22664 with the angular mode temporarily set to radians.
22666 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
22667 @section Polynomials
22669 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
22670 various powers of a ``base'' variable.  For example, @cite{2 x^2 + 3 x - 4}
22671 is a polynomial in @cite{x}.  Some formulas can be considered
22672 polynomials in several different variables:  @cite{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
22673 is a polynomial in both @cite{x} and @cite{y}.  Polynomial coefficients
22674 are often numbers, but they may in general be any formulas not
22675 involving the base variable.
22677 @kindex a f
22678 @pindex calc-factor
22679 @tindex factor
22680 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
22681 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
22682 @cite{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
22683 example, @cite{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
22684 @cite{(a + b) (c + d)}.
22686 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
22687 linear in several variables, such as the second example above, are
22688 merged according to the distributive law.  Formulas which are
22689 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
22690 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
22691 terms.  The first example above factors into three linear terms
22692 (@cite{x}, @cite{x+1}, and @cite{x+1} again).  Finally, formulas
22693 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
22694 rewrite mechanism.
22696 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
22697 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
22698 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
22699 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
22700 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
22701 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
22702 integers (whose number of digits approaches the current precision).
22703 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
22704 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
22705 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
22706 version of Calc.)
22708 @vindex FactorRules
22709 @ignore
22710 @starindex
22711 @end ignore
22712 @tindex thecoefs
22713 @ignore
22714 @starindex
22715 @end ignore
22716 @ignore
22717 @mindex @idots
22718 @end ignore
22719 @tindex thefactors
22720 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
22721 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
22722 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
22723 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
22724 @cite{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
22725 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
22726 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
22727 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
22728 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
22729 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
22730 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
22731 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
22732 Calc then multiplies these terms together to get the complete
22733 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
22734 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
22735 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
22736 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
22737 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
22739 @kindex H a f
22740 @tindex factors
22741 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
22742 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
22743 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
22744 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
22745 @cite{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @cite{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
22746 in @kbd{a f}, or to @cite{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
22747 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
22748 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
22749 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @cite{x} with
22750 respect to the specific variable @cite{v}.  The default is to factor with
22751 respect to all the variables that appear in @cite{x}.
22753 @kindex a c
22754 @pindex calc-collect
22755 @tindex collect
22756 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
22757 formula as a
22758 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
22759 variable.  For example, given @cite{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
22760 the stack, @kbd{a c x} would produce @cite{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
22761 and @kbd{a c y} would produce @cite{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
22762 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
22763 necessary:  Collecting @cite{x} in @cite{(x - 1)^3} produces
22764 @cite{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @cite{x} will
22765 not be expanded.
22767 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
22768 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
22769 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
22770 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
22771 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
22773 @kindex a x
22774 @pindex calc-expand
22775 @tindex expand
22776 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
22777 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
22778 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
22779 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
22780 the distributive law is applied only the specified number of times, then
22781 the partially expanded expression is left on the stack.
22783 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
22784 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
22785 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
22786 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
22787 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
22788 also know many other kinds of expansions, such as
22789 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
22790 do not do.)
22792 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
22793 expansion.  For example, the first step in expanding @cite{(x+1)^3} is
22794 to write @cite{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
22795 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
22796 simplify it back to @cite{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
22797 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
22798 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
22799 the way in one step.
22801 @kindex a a
22802 @pindex calc-apart
22803 @tindex apart
22804 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
22805 rational function by partial fractions.  A rational function is the
22806 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
22807 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
22808 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
22809 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
22810 chooses the base variable automatically.
22812 @kindex a n
22813 @pindex calc-normalize-rat
22814 @tindex nrat
22815 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
22816 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
22817 For example, given @cite{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
22818 @cite{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
22819 @kbd{a n} will simplify @cite{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
22820 out the common factor @cite{x + 1}, yielding @cite{(x + 1) / (x - 1)}.
22822 @kindex a \
22823 @pindex calc-poly-div
22824 @tindex pdiv
22825 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
22826 two polynomials @cite{u} and @cite{v}, yielding a new polynomial
22827 @cite{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
22828 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
22829 with the largest power in @cite{u} first, or, in the case of equal
22830 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
22831 dividing @cite{x^2 + 3 x + 2} by @cite{x + 2} yields @cite{x + 1}.
22832 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
22833 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
22835 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
22836 variable to be used as the base: @code{pdiv(@var{a},@var{b},@var{x})}.
22837 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
22838 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
22839 above.
22841 @kindex a %
22842 @pindex calc-poly-rem
22843 @tindex prem
22844 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
22845 two polynomials and keeps the remainder @cite{r}.  The quotient
22846 @cite{q} is discarded.  For any formulas @cite{a} and @cite{b}, the
22847 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @cite{a = q b + r}.
22848 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
22849 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
22851 @kindex a /
22852 @kindex H a /
22853 @pindex calc-poly-div-rem
22854 @tindex pdivrem
22855 @tindex pdivide
22856 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
22857 divides two polynomials and reports both the quotient and the
22858 remainder as a vector @cite{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
22859 command divides two polynomials and constructs the formula
22860 @cite{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
22861 this will immediately simplify to @cite{q}.)
22863 @kindex a g
22864 @pindex calc-poly-gcd
22865 @tindex pgcd
22866 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
22867 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
22868 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
22869 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
22870 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
22871 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
22872 definition of GCD ensures that this division can take place without
22873 leaving a remainder.)
22875 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
22876 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
22877 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
22878 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
22879 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
22880 automatically transforms this into a polynomial over the field of
22881 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
22883 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
22884 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
22885 polynomial routines used in the above commands.
22887 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
22888 extracting the individual coefficients of a polynomial.
22890 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
22891 @section Calculus
22893 @noindent
22894 The following calculus commands do not automatically simplify their
22895 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
22896 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
22897 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
22898 readable way.
22900 @menu
22901 * Differentiation::
22902 * Integration::
22903 * Customizing the Integrator::
22904 * Numerical Integration::
22905 * Taylor Series::
22906 @end menu
22908 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
22909 @subsection Differentiation
22911 @noindent
22912 @kindex a d
22913 @kindex H a d
22914 @pindex calc-derivative
22915 @tindex deriv
22916 @tindex tderiv
22917 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
22918 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
22919 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
22920 in the formula other than the specified differentiation variable are
22921 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
22922 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
22923 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
22924 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
22925 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
22926 are considered constant, as are variables that have been declared
22927 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
22929 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
22930 @var{n}th derivative.
22932 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
22933 radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
22934 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
22935 answer!
22937 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
22938 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
22939 of @cite{f} with respect to @cite{x}, evaluated at the point @c{$x=x_0$}
22940 @cite{x=x0}.
22942 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
22943 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
22944 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
22945 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
22946 derivative of @code{f}.
22948 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
22949 the functions according to their defining formulas unless you have
22950 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
22951 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
22952 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
22953 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
22954 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
22955 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
22957 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
22958 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
22959 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
22960 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
22961 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
22962 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
22963 argument once).@refill
22965 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
22966 @subsection Integration
22968 @noindent
22969 @kindex a i
22970 @pindex calc-integral
22971 @tindex integ
22972 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
22973 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
22974 respect to a variable.  The integrator is not guaranteed to work for
22975 all integrable functions, but it is able to integrate several large
22976 classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational function
22977 (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.  (Rational functions
22978 don't have to be in explicit quotient form, however; @c{$x/(1+x^{-2})$}
22979 @cite{x/(1+x^-2)}
22980 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
22981 @cite{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
22982 @cite{x} and @cite{x^2} may appear in rational functions being
22983 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
22984 hyperbolic functions can be integrated.
22986 @ifinfo
22987 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
22988 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
22989 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
22990 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
22991 integral from @code{a} to @code{b}.
22992 @end ifinfo
22993 @tex
22994 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
22995 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
22996 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
22997 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
22998 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
22999 @end tex
23001 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
23002 produces results that are significantly more complex than they need to
23003 be.  For example, the integral Calc finds for @c{$1/(x+\sqrt{x^2+1})$}
23004 @cite{1/(x+sqrt(x^2+1))}
23005 is several times more complicated than the answer Mathematica
23006 returns for the same input, although the two forms are numerically
23007 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
23008 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
23009 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
23010 Calc's solution for @c{$1/(1+\tan x)$}
23011 @cite{1/(1+tan(x))} differs from the solution given
23012 in the @emph{CRC Math Tables} by a constant factor of @c{$\pi i / 2$}
23013 @cite{pi i / 2},
23014 due to a different choice of constant of integration.
23016 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
23017 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
23018 from degrees to radians mode, then they will be thrown out.  If you
23019 suspect this is not happening when it should, use the
23020 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
23022 @vindex IntegLimit
23023 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
23024 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
23025 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
23026 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
23027 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
23028 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
23029 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
23030 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
23031 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
23032 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
23033 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
23034 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
23036 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
23037 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
23038 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
23039 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
23040 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
23042 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
23043 @subsection Customizing the Integrator
23045 @noindent
23046 @vindex IntegRules
23047 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
23048 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
23049 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
23050 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
23051 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
23052 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
23053 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
23054 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
23055 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
23056 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
23057 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
23058 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
23059 automatically made various transformations on the integral to allow it
23060 to use your rule; integral tables generally give rules for
23061 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
23062 in your @code{IntegRules}.
23064 @cindex Exponential integral Ei(x)
23065 @ignore
23066 @starindex
23067 @end ignore
23068 @tindex Ei
23069 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
23070 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
23071 integral'' function @c{${\rm Ei}(x)$}
23072 @cite{Ei(x)} was invented to describe it.
23073 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
23074 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
23075 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
23076 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
23077 work with Calc's various built-in integration methods (such as
23078 integration by substitution) to solve a variety of other problems
23079 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
23080 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
23081 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
23083 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
23084 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
23085 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
23086 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
23087 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
23088 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
23089 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
23090 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
23091 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still legal
23092 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
23093 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
23094 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
23095 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
23097 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
23098 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
23099 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
23100 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
23101 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
23102 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
23103 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
23104 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
23105 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
23106 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
23107 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
23108 it need not be.
23110 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
23111 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
23112 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
23113 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
23114 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
23115 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
23116 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
23117 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
23118 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
23119 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
23120 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
23121 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
23122 own with the information it knows, then your substitution rule will
23123 work only in very specific, simple cases.
23125 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
23126 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
23127 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
23128 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
23129 forever!)
23131 @vindex IntegSimpRules
23132 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
23133 every time the integrator uses @kbd{a s} to simplify an intermediate
23134 result.  For example, putting the rule @samp{twice(x) := 2 x} into
23135 @code{IntegSimpRules} would tell Calc to convert the @code{twice}
23136 function into a form it knows whenever integration is attempted.
23138 One more way to influence the integrator is to define a function with
23139 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
23140 integrator automatically expands such functions according to their
23141 defining formulas, even if you originally asked for the function to
23142 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
23143 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
23144 do this.)
23146 @vindex IntegAfterRules
23147 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
23148 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
23149 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
23150 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
23151 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
23152 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
23153 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
23154 (It also does an @kbd{a s}, without @code{IntegSimpRules}, after that
23155 to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
23156 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
23157 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
23158 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
23159 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
23160 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
23161 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
23162 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
23163 @code{IntegSimpRules}.
23165 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
23166 @subsection Numerical Integration
23168 @noindent
23169 @kindex a I
23170 @pindex calc-num-integral
23171 @tindex ninteg
23172 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23173 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23174 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23175 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23176 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23177 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23179 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23180 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23181 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23182 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23183 the Romberg method works especially well when the function being
23184 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23185 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23186 determine the value of the integral.
23188 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23189 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23190 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23191 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23192 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23193 well-behaved in the specified interval.
23195 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23196 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23197 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23198 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23199 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23200 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23201 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23203 @node Taylor Series, , Numerical Integration, Calculus
23204 @subsection Taylor Series
23206 @noindent
23207 @kindex a t
23208 @pindex calc-taylor
23209 @tindex taylor
23210 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23211 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23212 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23213 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23214 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23215 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23216 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23217 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23218 may appear to get fewer terms than you asked for.@refill
23220 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23221 function, you can get an approximation by integrating the function's
23222 Taylor series.
23224 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23225 @section Solving Equations
23227 @noindent
23228 @kindex a S
23229 @pindex calc-solve-for
23230 @tindex solve
23231 @cindex Equations, solving
23232 @cindex Solving equations
23233 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23234 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23235 expression of the form @cite{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23236 will rearrange @cite{y = 3x + 6} to the form, @cite{x = y/3 - 2}.  If the
23237 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23238 form @cite{X = 0}.
23240 This command also works for inequalities, as in @cite{y < 3x + 6}.
23241 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23242 be; for example, solving @c{$a < b \, c$}
23243 @cite{a < b c} for @cite{b} is impossible
23244 without knowing the sign of @cite{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23245 produce the result @c{$b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c$}
23246 @cite{b != a/c} (using the not-equal-to operator)
23247 to signify that the direction of the inequality is now unknown.  The
23248 inequality @c{$a \le b \, c$}
23249 @cite{a <= b c} is not even partially solved.
23250 @xref{Declarations}, for a way to tell Calc that the signs of the
23251 variables in a formula are in fact known.
23253 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23254 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @cite{x = y/3 - 2}
23255 to @cite{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23256 another formula with @cite{x} set equal to @cite{y/3 - 2}.
23258 @menu
23259 * Multiple Solutions::
23260 * Solving Systems of Equations::
23261 * Decomposing Polynomials::
23262 @end menu
23264 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23265 @subsection Multiple Solutions
23267 @noindent
23268 @kindex H a S
23269 @tindex fsolve
23270 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23271 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23272 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23273 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23274 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23275 signs (either @i{+1} or @i{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23276 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23277 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23278 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23279 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23280 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23281 of these variables.
23283 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23284 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23285 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23286 think about it is that the square-root operation is really a
23287 two-valued function; since every Calc function must return a
23288 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23289 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23290 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23292 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23293 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23294 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23295 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23296 Calc will report @cite{y = 9} as a valid solution, which is true
23297 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23298 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23299 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23301 @cindex @code{GenCount} variable
23302 @vindex GenCount
23303 @ignore
23304 @starindex
23305 @end ignore
23306 @tindex an
23307 @ignore
23308 @starindex
23309 @end ignore
23310 @tindex as
23311 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23312 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23313 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23314 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23315 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23316 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23317 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23318 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23319 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23320 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23321 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23322 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23323 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23324 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23326 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23327 way to create or edit this variable.  Press @kbd{M-# M-#} to finish.
23329 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23330 in that variable is not a positive integer, the regular
23331 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23333 @kindex I a S
23334 @kindex H I a S
23335 @tindex finv
23336 @tindex ffinv
23337 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23338 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23339 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23340 For example, @kbd{I a S x} inverts @cite{2x + 6} to @cite{x/2 - 3}.
23341 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23342 fully general inverse, as described above.
23344 @kindex a P
23345 @pindex calc-poly-roots
23346 @tindex roots
23347 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23348 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23349 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23350 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23351 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23352 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23353 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23354 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23355 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23356 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23357 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23358 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23359 reported; @pxref{Declarations}.)
23361 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23362 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23363 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23364 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @cite{x^4}
23365 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23366 can be:  @cite{x^6 + x^3 + 1} is converted to @cite{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23367 which can be solved for @cite{x^3} using the quadratic equation, and then
23368 for @cite{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23369 @cite{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23370 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23371 list of numerical roots, however, provided that symbolic mode (@kbd{m s})
23372 is not turned on.  (If you work with symbolic mode on, recall that the
23373 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23374 formula on the stack with symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23375 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficients
23376 are all numbers (real or complex).
23378 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23379 @subsection Solving Systems of Equations
23381 @noindent
23382 @cindex Systems of equations, symbolic
23383 You can also use the commands described above to solve systems of
23384 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23385 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23386 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23387 at the prompt.)
23389 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23390 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23391 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23392 have the same length as the variables vector, and the variables
23393 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23394 are not always simplified as far as possible; the solution for
23395 @cite{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23396 command.
23398 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23399 time by solving one of the equations for that variable and then
23400 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23401 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23402 first tries to eliminate the first variable with the first
23403 equation, then the second variable with the second equation,
23404 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23405 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23406 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23407 nonlinear systems.
23409 @ignore
23410 @starindex
23411 @end ignore
23412 @tindex elim
23413 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23414 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23415 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23416 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23417 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23418 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23419 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23420 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23421 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23422 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23423 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23424 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23426 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23427 Calc simply eliminates those variables from the equations
23428 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23429 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23430 eliminated will reduce the number of equations in the system
23431 by one.
23433 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23434 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23435 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23436 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23437 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23438 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23439 variables you requested.)
23441 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23442 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23443 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23445 @node Decomposing Polynomials, , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23446 @subsection Decomposing Polynomials
23448 @noindent
23449 @ignore
23450 @starindex
23451 @end ignore
23452 @tindex poly
23453 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23454 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23455 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23456 @cite{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @cite{x},
23457 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
23458 not involve the variable @cite{x}, the input is returned in a list
23459 of length one, representing a polynomial with only a constant
23460 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @cite{[0, 1]}.
23461 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
23462 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @cite{[]}.
23463 Note also that @cite{x} may actually be any formula; for example,
23464 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @cite{[3, -1, 1]}.
23466 @cindex Coefficients of polynomial
23467 @cindex Degree of polynomial
23468 To get the @cite{x^k} coefficient of polynomial @cite{p}, use
23469 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @cite{p},
23470 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
23471 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
23472 gives the @cite{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
23474 @ignore
23475 @starindex
23476 @end ignore
23477 @tindex gpoly
23478 One important feature of the solver is its ability to recognize
23479 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
23480 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
23481 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
23482 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
23483 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
23484 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
23485 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
23486 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
23487 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
23488 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
23489 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
23490 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
23491 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
23492 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
23493 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
23494 is considered trivial.
23496 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
23497 since the expanded form of this polynomial is @cite{4 - 4 x + x^2}.
23499 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
23500 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
23501 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
23502 since a quadratic polynomial in @cite{x^2} is easier to solve than
23503 a quartic polynomial in @cite{x}.
23505 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
23506 discover:
23508 @smallexample
23509 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
23510 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
23511 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
23512 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
23513 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
23514 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
23515 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
23516 @end smallexample
23518 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
23519 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
23520 If this is @cite{n}, then only @var{c} vectors of length @cite{n+1}
23521 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
23522 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
23523 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
23524 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
23525 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
23527 @ignore
23528 @starindex
23529 @end ignore
23530 @tindex pdeg
23531 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
23532 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
23533 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
23534 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
23535 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
23536 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
23537 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
23538 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
23539 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
23540 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
23541 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
23542 (minus infinity).
23544 @ignore
23545 @starindex
23546 @end ignore
23547 @tindex plead
23548 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
23549 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
23550 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
23551 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
23552 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @cite{p = 0}.
23554 @ignore
23555 @starindex
23556 @end ignore
23557 @tindex pcont
23558 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
23559 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
23560 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
23561 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
23562 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
23563 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
23564 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
23565 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
23566 coefficient.
23568 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
23569 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
23570 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
23571 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
23572 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
23573 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
23574 Dividing the polynomial by this number will clear all the
23575 denominators, as well as dividing by any common content in the
23576 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
23577 if all the coefficients in the polynomial are negative.
23579 @ignore
23580 @starindex
23581 @end ignore
23582 @tindex pprim
23583 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
23584 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
23585 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
23586 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
23587 terms.
23589 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
23590 @section Numerical Solutions
23592 @noindent
23593 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
23594 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
23595 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
23596 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
23597 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
23599 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
23600 on numerical data.)
23602 @menu
23603 * Root Finding::
23604 * Minimization::
23605 * Numerical Systems of Equations::
23606 @end menu
23608 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
23609 @subsection Root Finding
23611 @noindent
23612 @kindex a R
23613 @pindex calc-find-root
23614 @tindex root
23615 @cindex Newton's method
23616 @cindex Roots of equations
23617 @cindex Numerical root-finding
23618 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
23619 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
23620 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
23621 of formula, it is interpreted as an equation of the form @cite{X = 0}.)
23623 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
23624 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
23625 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
23626 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
23627 a value is assigned to the solution variable and the formula is
23628 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
23629 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
23630 this command.
23632 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
23633 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
23634 solves the equation, and the difference between the lefthand and
23635 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
23636 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
23637 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
23638 number may be slightly different from the value you would compute from
23639 the equation yourself.)
23641 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
23642 the first element of the result vector, discarding the error term.
23644 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
23645 for a real solution near that number, or a complex number, in which
23646 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
23647 solution, or it can be an interval form which restricts the search
23648 to real numbers inside that interval.
23650 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
23651 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
23652 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
23653 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
23654 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
23655 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
23656 complex number, the function must be differentiable.
23658 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
23659 is negative at one end of the interval you specify and positive at
23660 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
23661 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
23662 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
23663 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
23665 @kindex H a R
23666 @tindex wroot
23667 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
23668 that if the initial guess is an interval for which the function has
23669 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
23670 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
23671 you are not sure if the function has a root in your interval.
23673 If the function is not differentiable, and you give a simple number
23674 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
23675 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
23676 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
23677 require a bounding interval in order to work.)
23679 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
23680 form on the stack, it will normally display an explanation for why
23681 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
23682 (@code{calc-why}) to get it back.
23684 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
23685 @subsection Minimization
23687 @noindent
23688 @kindex a N
23689 @kindex H a N
23690 @kindex a X
23691 @kindex H a X
23692 @pindex calc-find-minimum
23693 @pindex calc-find-maximum
23694 @tindex minimize
23695 @tindex maximize
23696 @cindex Minimization, numerical
23697 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
23698 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
23699 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
23700 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
23701 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
23702 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
23703 value of the variable which minimizes the formula's value, along
23704 with the minimum value itself.
23706 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
23707 have more than one minimum; some, like @c{$x \sin x$}
23708 @cite{x sin(x)}, have infinitely
23709 many.  In fact, there is no easy way to define the ``global'' minimum
23710 of @c{$x \sin x$}
23711 @cite{x sin(x)} but Calc can still locate any particular local minimum
23712 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
23713 finds a point at which the function's value is greater both to the left
23714 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
23716 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
23717 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
23718 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @cite{17 x}
23719 over @cite{[2..3]} will return @cite{[2, 38]}, but minimizing over
23720 @cite{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
23721 use closed intervals to find literally the minimum value in that
23722 range of @cite{x}, or open intervals to find the local minimum, if
23723 any, that happens to lie in that range.
23725 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
23726 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
23727 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
23728 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
23729 answer.
23731 @ignore
23732 @mindex wmin@idots
23733 @end ignore
23734 @tindex wminimize
23735 @ignore
23736 @mindex wmax@idots
23737 @end ignore
23738 @tindex wmaximize
23739 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
23740 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
23741 that the minimum lie inside the interval you supply.
23743 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
23744 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
23745 negative of the formula you supply.
23747 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
23748 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
23749 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
23750 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
23751 be minimized over the reals.
23753 @node Numerical Systems of Equations, , Minimization, Numerical Solutions
23754 @subsection Systems of Equations
23756 @noindent
23757 @cindex Systems of equations, numerical
23758 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
23759 case, the equation should instead be a vector of equations, the
23760 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
23761 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
23762 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
23763 equation must be differentiable by each variable for this mode to
23764 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
23765 values that solved the system of equations, and the differences
23766 between the sides of the equations with those variable values.
23767 There must be the same number of equations as variables.  Since
23768 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
23769 no effect when solving a system of equations.
23771 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
23772 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
23773 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
23774 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
23775 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
23776 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
23777 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
23779 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
23780 @section Curve Fitting
23782 @noindent
23783 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
23784 such as @cite{y = m x + b} where @cite{m} and @cite{b} are parameters
23785 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
23786 no single @cite{m} and @cite{b} that exactly fit the data; in this
23787 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
23788 possible fit.
23790 @menu
23791 * Linear Fits::
23792 * Polynomial and Multilinear Fits::
23793 * Error Estimates for Fits::
23794 * Standard Nonlinear Models::
23795 * Curve Fitting Details::
23796 * Interpolation::
23797 @end menu
23799 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
23800 @subsection Linear Fits
23802 @noindent
23803 @kindex a F
23804 @pindex calc-curve-fit
23805 @tindex fit
23806 @cindex Linear regression
23807 @cindex Least-squares fits
23808 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
23809 to fit a set of data (@cite{x} and @cite{y} vectors of numbers) to a
23810 straight line, polynomial, or other function of @cite{x}.  For the
23811 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
23812 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
23813 fit for the data.
23815 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @cite{(x,y)}
23816 data points that we wish to fit to the model @cite{y = m x + b}
23817 by adjusting the parameters @cite{m} and @cite{b} to make the @cite{y}
23818 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
23819 @cite{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
23820 instead, say, @cite{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
23821 we have data points of the form @cite{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
23822 @cite{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
23824 In the model formula, variables like @cite{x} and @cite{x_2} are called
23825 the @dfn{independent variables}, and @cite{y} is the @dfn{dependent
23826 variable}.  Variables like @cite{m}, @cite{a}, and @cite{b} are called
23827 the @dfn{parameters} of the model.
23829 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
23830 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
23831 for a linear or polynomial fit, this would be a @c{$2\times N$}
23832 @asis{2xN} matrix where
23833 the first row is a list of @cite{x} values and the second row has the
23834 corresponding @cite{y} values.  For the multilinear fit shown above,
23835 the matrix would have four rows (@cite{x_1}, @cite{x_2}, @cite{x_3}, and
23836 @cite{y}, respectively).
23838 If you happen to have an @c{$N\times2$}
23839 @asis{Nx2} matrix instead of a @c{$2\times N$}
23840 @asis{2xN} matrix,
23841 just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
23843 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
23844 linear fit, press the digit @kbd{1}.
23846 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
23847 high letters like @cite{x} and @cite{y} for independent variables and
23848 low letters like @cite{a} and @cite{b} for parameters.  (The dependent
23849 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
23850 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
23851 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
23852 name only those and let the parameters use default names.
23854 For example, suppose the data matrix
23856 @ifinfo
23857 @example
23858 @group
23859 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
23860   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
23861 @end group
23862 @end example
23863 @end ifinfo
23864 @tex
23865 \turnoffactive
23866 \turnoffactive
23867 \beforedisplay
23868 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
23869              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
23871 \afterdisplay
23872 @end tex
23874 @noindent
23875 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
23876 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @key{RET} to use
23877 the default names.  The result will be the formula @cite{3 + 2 x}
23878 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
23879 then found the optimal values of @cite{a} and @cite{b} to fit the
23880 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
23881 substituted those values for @cite{a} and @cite{b} in the model
23882 formula.
23884 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
23885 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
23886 a vector of the actual parameter values, written as equations:
23887 @cite{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
23888 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
23889 to move this vector to the stack; see @ref{Trail Commands}.
23891 Specifying a different independent variable name will affect the
23892 resulting formula: @kbd{a F 1 k @key{RET}} produces @kbd{3 + 2 k}.
23893 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m @key{RET}}) will affect
23894 the equations that go into the trail.
23896 @tex
23897 \bigskip
23898 @end tex
23900 To see what happens when the fit is not exact, we could change
23901 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
23902 The result is:
23904 @example
23905 2.6 + 2.2 x
23906 @end example
23908 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 @key{RET} @key{TAB} V M $ @key{RET}}, shows
23909 a reasonably close match to the y-values in the data.
23911 @example
23912 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
23913 @end example
23915 Since there is no line which passes through all the @var{n} data points,
23916 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
23917 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
23918 error measure
23920 @ifinfo
23921 @example
23922 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
23923 @end example
23924 @end ifinfo
23925 @tex
23926 \turnoffactive
23927 \beforedisplay
23928 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
23929 \afterdisplay
23930 @end tex
23932 @noindent
23933 which is clearly zero if @cite{a + b x} exactly fits all data points,
23934 and increases as various @cite{a + b x_i} values fail to match the
23935 corresponding @cite{y_i} values.  There are several reasons why the
23936 summand is squared, one of them being to ensure that @c{$\chi^2 \ge 0$}
23937 @cite{chi^2 >= 0}.
23938 Least-squares fitting simply chooses the values of @cite{a} and @cite{b}
23939 for which the error @c{$\chi^2$}
23940 @cite{chi^2} is as small as possible.
23942 Other kinds of models do the same thing but with a different model
23943 formula in place of @cite{a + b x_i}.
23945 @tex
23946 \bigskip
23947 @end tex
23949 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
23950 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @var{n}
23951 will take @var{N} items from the stack, corresponding to the @var{n} rows
23952 of a data matrix.  In the linear case, @var{n} must be 2 since there
23953 is always one independent variable and one dependent variable.
23955 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
23956 items from the stack, an @var{n}-row matrix of @cite{x} values, and a
23957 vector of @cite{y} values.  If there is only one independent variable,
23958 the @cite{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
23959 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
23961 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
23962 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
23964 @noindent
23965 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
23966 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
23967 we could fit the original data matrix from the previous section
23968 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
23969 @kbd{a F 2 @key{RET}}.
23971 @example
23972 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
23973 @end example
23975 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
23976 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
23977 for @cite{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
23978 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
23979 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get fraction mode.
23980 Then the @cite{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
23981 the data being fitted will be approximate floats so fraction mode
23982 won't help.)
23984 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
23985 gives a much larger @cite{x^2} contribution, as Calc bends the
23986 line slightly to improve the fit.
23988 @example
23989 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
23990 @end example
23992 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
23993 is always possible to fit @var{n} data points exactly using a polynomial
23994 of degree @i{@var{n}-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
23995 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
23996 a polynomial that exactly matches all five data points:
23998 @example
23999 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
24000 @end example
24002 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
24003 @cite{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
24004 It is a good idea to increase the working precision to several
24005 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
24006 Or, if your data are exact, use fraction mode to get exact
24007 results.
24009 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
24010 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
24011 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
24012 automatically.
24014 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
24015 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
24016 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
24017 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
24018 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
24019 command described below.  @xref{Interpolation}.
24021 @tex
24022 \bigskip
24023 @end tex
24025 Another generalization of the linear model is to assume the
24026 @cite{y} values are a sum of linear contributions from several
24027 @cite{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
24028 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
24029 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
24031 Given the data matrix,
24033 @example
24034 @group
24035 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
24036   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
24037   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
24038 @end group
24039 @end example
24041 @noindent
24042 the command @kbd{a F 1 @key{RET}} will call the first row @cite{x} and the
24043 second row @cite{y}, and will fit the values in the third row to the
24044 model @cite{a + b x + c y}.
24046 @example
24047 8. + 3. x + 0.5 y
24048 @end example
24050 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
24051 (i.e., with any number of data rows).
24053 @tex
24054 \bigskip
24055 @end tex
24057 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
24058 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
24059 means the model formula is simply @cite{a x}; in the multilinear
24060 case, the model might be @cite{a x + b y + c z}; and in the polynomial
24061 case, the model could be @cite{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
24062 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
24063 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
24065 It is certainly possible to have other constrained linear models,
24066 like @cite{2.3 + a x} or @cite{a - 4 x}.  While there is no single
24067 key to select models like these, a later section shows how to enter
24068 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
24069 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
24071 Another class of models that will work but must be entered by hand
24072 are multinomial fits, e.g., @cite{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
24074 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
24075 @subsection Error Estimates for Fits
24077 @noindent
24078 @kindex H a F
24079 @tindex efit
24080 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
24081 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
24082 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
24083 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
24085 @example
24086 3. + 2. x
24087 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
24088 @end example
24090 In the first case the estimated errors are zero because the linear
24091 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
24092 moderately small, because the data are still very close to linear.
24094 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
24095 contain error forms.  The data values must either all include errors
24096 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
24097 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
24098 row contains error forms
24099 `@var{y_i}@w{ @t{+/-} }@c{$\sigma_i$}
24100 @var{sigma_i}', then the @c{$\chi^2$}
24101 @cite{chi^2}
24102 statistic is now,
24104 @ifinfo
24105 @example
24106 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
24107 @end example
24108 @end ifinfo
24109 @tex
24110 \turnoffactive
24111 \beforedisplay
24112 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
24113 \afterdisplay
24114 @end tex
24116 @noindent
24117 so that data points with larger error estimates contribute less to
24118 the fitting operation.
24120 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
24121 errors for a given data point are combined; the square root of the
24122 sum of the squares of the errors forms the @c{$\sigma_i$}
24123 @cite{sigma_i} used for
24124 the data point.
24126 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
24127 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
24128 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
24129 estimates.
24131 If the input contains error forms but all the @c{$\sigma_i$}
24132 @cite{sigma_i} values are
24133 the same, it is easy to see that the resulting fitted model will be
24134 the same as if the input did not have error forms at all (@c{$\chi^2$}
24135 @cite{chi^2}
24136 is simply scaled uniformly by @c{$1 / \sigma^2$}
24137 @cite{1 / sigma^2}, which doesn't affect
24138 where it has a minimum).  But there @emph{will} be a difference
24139 in the estimated errors of the coefficients reported by @kbd{H a F}.
24141 Consult any text on statistical modeling of data for a discussion
24142 of where these error estimates come from and how they should be
24143 interpreted.
24145 @tex
24146 \bigskip
24147 @end tex
24149 @kindex I a F
24150 @tindex xfit
24151 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
24152 information.  The result is a vector of six items:
24154 @enumerate
24155 @item
24156 The model formula with error forms for its coefficients or
24157 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
24158 produced.
24160 @item
24161 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
24162 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
24163 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
24164 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @cite{d}, this vector
24165 will have length @cite{M = d+1} with the constant term first.
24167 @item
24168 The covariance matrix @cite{C} computed from the fit.  This is
24169 an @var{m}x@var{m} symmetric matrix; the diagonal elements
24170 @c{$C_{jj}$}
24171 @cite{C_j_j} are the variances @c{$\sigma_j^2$}
24172 @cite{sigma_j^2} of the parameters.
24173 The other elements are covariances @c{$\sigma_{ij}^2$}
24174 @cite{sigma_i_j^2} that describe the
24175 correlation between pairs of parameters.  (A related set of
24176 numbers, the @dfn{linear correlation coefficients} @c{$r_{ij}$}
24177 @cite{r_i_j},
24178 are defined as @c{$\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j$}
24179 @cite{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
24181 @item
24182 A vector of @cite{M} ``parameter filter'' functions whose
24183 meanings are described below.  If no filters are necessary this
24184 will instead be an empty vector; this is always the case for the
24185 polynomial and multilinear fits described so far.
24187 @item
24188 The value of @c{$\chi^2$}
24189 @cite{chi^2} for the fit, calculated by the formulas
24190 shown above.  This gives a measure of the quality of the fit;
24191 statisticians consider @c{$\chi^2 \approx N - M$}
24192 @cite{chi^2 = N - M} to indicate a moderately good fit
24193 (where again @cite{N} is the number of data points and @cite{M}
24194 is the number of parameters).
24196 @item
24197 A measure of goodness of fit expressed as a probability @cite{Q}.
24198 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24199 function using @c{$\chi^2$}
24200 @cite{chi^2} with @cite{N - M} degrees of freedom.  A
24201 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24202 @cite{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24203 particular, @c{$\chi^2$}
24204 @cite{chi^2} statistics assume the errors in your inputs
24205 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24206 have to accept smaller values of @cite{Q}.
24208 The @cite{Q} value is computed only if the input included error
24209 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24210 for @cite{Q}.  The reason is that in this case the @c{$\chi^2$}
24211 @cite{chi^2}
24212 value has effectively been used to estimate the original errors
24213 in the input, and thus there is no redundant information left
24214 over to use for a confidence test.
24215 @end enumerate
24217 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24218 @subsection Standard Nonlinear Models
24220 @noindent
24221 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24222 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24223 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24225 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24227 @table @kbd
24228 @item 1
24229 Linear or multilinear.  @i{a + b x + c y + d z}.
24230 @item 2-9
24231 Polynomials.  @i{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24232 @item e
24233 Exponential.  @i{a} @t{exp}@i{(b x)} @t{exp}@i{(c y)}.
24234 @item E
24235 Base-10 exponential.  @i{a} @t{10^}@i{(b x)} @t{10^}@i{(c y)}.
24236 @item x
24237 Exponential (alternate notation).  @t{exp}@i{(a + b x + c y)}.
24238 @item X
24239 Base-10 exponential (alternate).  @t{10^}@i{(a + b x + c y)}.
24240 @item l
24241 Logarithmic.  @i{a + b} @t{ln}@i{(x) + c} @t{ln}@i{(y)}.
24242 @item L
24243 Base-10 logarithmic.  @i{a + b} @t{log10}@i{(x) + c} @t{log10}@i{(y)}.
24244 @item ^
24245 General exponential.  @i{a b^x c^y}.
24246 @item p
24247 Power law.  @i{a x^b y^c}.
24248 @item q
24249 Quadratic.  @i{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24250 @item g
24251 Gaussian.  @c{${a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)$}
24252 @i{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24253 @end table
24255 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24256 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24257 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24258 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24259 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24261 All models except Gaussian and polynomials can generalize as shown to any
24262 number of independent variables.  Also, all the built-in models have an
24263 additive or multiplicative parameter shown as @cite{a} in the above table
24264 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24265 before the model key.
24267 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24268 the parameters slightly differently.  For example, @cite{a b^x} and
24269 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24270 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24271 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24272 matches the problem.
24274 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24275 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24276 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24277 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24278 @cite{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24279 @cite{b} is what it calls the ``slope.''
24281 @tex
24282 \bigskip
24283 @end tex
24285 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24286 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24287 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24288 will work, though---see the next section for details.)
24290 The model can also be an equation like @cite{y = m x + b}.
24291 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24292 equal terms; this model effectively has two parameters
24293 (@cite{m} and @cite{b}) and two independent variables (@cite{x}
24294 and @cite{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24295 do not need to take this @cite{y =} form.  For example, the
24296 implicit line equation @cite{a x + b y = 1} works fine as a
24297 model.
24299 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24300 the variables that appear in the model.  These are used for the
24301 default parameters, independent variables, and dependent variable
24302 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24303 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24304 and thus does not need a name.
24306 For example, if the model formula has the variables @cite{a,mu,sigma,t,x},
24307 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24308 Calc will use @cite{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24309 data rows will be named @cite{t} and @cite{x}, respectively.  If you
24310 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @cite{a,mu}
24311 as the parameters, and @cite{sigma,t,x} as the three independent
24312 variables.
24314 You can, of course, override these choices by entering something
24315 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24316 those variables must have stored values and those stored values will
24317 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24318 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24319 If you list only independent variables, all the remaining variables
24320 in the model formula will become parameters.
24322 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24323 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24324 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24325 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24326 a linear model.
24328 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24329 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24330 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24331 choose which variables in the formula are independent by default and
24332 which are parameters.
24334 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24335 two or three elements, @cite{[@var{model}, @var{vars}]} or
24336 @cite{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24337 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24338 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24339 those listed as @var{vars} are parameters.)@refill
24341 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24342 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24344 @tex
24345 \bigskip
24346 @end tex
24348 @vindex Model1
24349 @vindex Model2
24350 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24351 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24352 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24353 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24354 accept for a model on the stack.
24356 @tex
24357 \bigskip
24358 @end tex
24360 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24361 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24362 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24363 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24364 returns results in the range from @i{-90} to 90 degrees (or the
24365 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24366 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24367 so that the argument of the sine might go from zero to @c{$3\times360$}
24368 @i{3*360} degrees.
24369 The above model would appear to be a good way to determine the
24370 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24371 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24372 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @cite{t}, but
24373 the lefthand side will bounce back and forth between @i{-90} and 90.
24374 No values of @cite{a} and @cite{b} can make the two sides match,
24375 even approximately.
24377 There is no good solution to this problem at present.  You could
24378 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24379 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24380 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24381 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24382 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24383 taking Fourier and related transforms.)
24385 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24386 @subsection Curve Fitting Details
24388 @noindent
24389 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24390 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24391 @cite{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @cite{a,b,c}
24392 are the parameters and @cite{x,y,z} are the independent variables
24393 (of course there can be any number of each, not just three).
24395 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24396 to convert the model into this form.  For example, if the model
24397 is @cite{a + b x + c x^2}, then @cite{f(x) = 1}, @cite{g(x) = x},
24398 and @cite{h(x) = x^2} are suitable functions.
24400 For other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24401 to try to put the problem into the form
24403 @smallexample
24404 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)
24405 @end smallexample
24407 @noindent
24408 where @cite{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24409 @cite{Y}, @cite{F}, @cite{G}, and @cite{H} for all the data points,
24410 does a standard linear fit to find the values of @cite{A}, @cite{B},
24411 and @cite{C}, then uses the equation solver to solve for @cite{a,b,c}
24412 in terms of @cite{A,B,C}.
24414 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24415 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24416 model @cite{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24417 can be rewritten as follows:
24419 @example
24420 y = a x^b
24421 y = a exp(b ln(x))
24422 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24423 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24424 @end example
24426 @noindent
24427 which matches the desired form with @c{$Y = \ln(y)$}
24428 @cite{Y = ln(y)}, @c{$A = \ln(a)$}
24429 @cite{A = ln(a)},
24430 @cite{F = 1}, @cite{B = b}, and @c{$G = \ln(x)$}
24431 @cite{G = ln(x)}.  Calc thus computes
24432 the logarithms of your @cite{y} and @cite{x} values, does a linear fit
24433 for @cite{A} and @cite{B}, then solves to get @c{$a = \exp(A)$}
24434 @cite{a = exp(A)} and
24435 @cite{b = B}.
24437 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
24438 be handled by expanding according to the distributive law.
24440 @example
24441 y = a + b*(x - c)^2
24442 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
24443 @end example
24445 @noindent
24446 which matches with @cite{Y = y}, @cite{A = a + b c^2}, @cite{F = 1},
24447 @cite{B = -2 b c}, @cite{G = x} (the @i{-2} factor could just as easily
24448 have been put into @cite{G} instead of @cite{B}), @cite{C = b}, and
24449 @cite{H = x^2}.
24451 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
24452 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
24453 exponential that can be brought to the top and moved into @cite{Y}.
24455 An example of a model that cannot be put into general linear
24456 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
24457 @cite{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
24458 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
24459 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
24460 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
24461 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
24462 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
24463 Note that some models can be linearized in several ways.  The
24464 Gaussian-plus-@var{d} model can be linearized by setting @cite{d}
24465 (the background) to a constant, or by setting @cite{b} (the standard
24466 deviation) and @cite{c} (the mean) to constants.
24468 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
24469 store suitable values in those parameter variables, then omit them
24470 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
24472 @tex
24473 \bigskip
24474 @end tex
24476 A last desperate step would be to use the general-purpose
24477 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
24478 functions solve the problem of minimizing an expression (the @c{$\chi^2$}
24479 @cite{chi^2}
24480 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
24481 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
24482 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
24483 command can do the same thing by brute force.
24485 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
24486 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
24487 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
24488 to be minimized would be the value of @c{$\chi^2$}
24489 @cite{chi^2} returned as
24490 the fifth result of the @code{xfit} function:
24492 @smallexample
24493 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
24494 @end smallexample
24496 @noindent
24497 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
24498 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
24499 the initial guess for @cite{d} that @code{minimize} requires.
24500 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
24501 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
24502 were used by itself to solve the problem).
24504 @tex
24505 \bigskip
24506 @end tex
24508 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
24509 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
24510 vector of ``raw'' parameters @cite{A}, @cite{B}, @cite{C}.  The
24511 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
24512 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
24513 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
24514 as the requested parameters, i.e., if @cite{A = a}, @cite{B = b},
24515 and so on (which is always true if the model is already linear
24516 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
24517 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
24518 of one formula per parameter in the original model.  The raw
24519 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
24520 @samp{fitdummy(1)} for @cite{A}, @samp{fitdummy(2)} for @cite{B},
24521 and so on.
24523 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
24524 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
24525 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
24526 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
24527 values to be substituted into the original model.  In the case of
24528 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
24529 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
24530 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
24531 standard error-form arithmetic take it from there.
24533 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
24534 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
24535 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
24536 figure out how to interpret the covariances in the presence of
24537 nontrivial filter functions.
24539 Things are also complicated when the input contains error forms.
24540 Suppose there are three independent and dependent variables, @cite{x},
24541 @cite{y}, and @cite{z}, one or more of which are error forms in the
24542 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
24543 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @cite{x}
24544 and @cite{y} to be plain numbers, and makes @cite{z} into an error
24545 form with this combined error.  The @cite{Y(x,y,z)} part of the
24546 linearized model is evaluated, and the result should be an error
24547 form.  The error part of that result is used for @c{$\sigma_i$}
24548 @cite{sigma_i} for
24549 the data point.  If for some reason @cite{Y(x,y,z)} does not return
24550 an error form, the combined error from @cite{z} is used directly
24551 for @c{$\sigma_i$}
24552 @cite{sigma_i}.  Finally, @cite{z} is also stripped of its error
24553 for use in computing @cite{F(x,y,z)}, @cite{G(x,y,z)} and so on;
24554 the righthand side of the linearized model is computed in regular
24555 arithmetic with no error forms.
24557 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
24558 the most reasonable thing in the typical case that @cite{Y(x,y,z)}
24559 depends only on the dependent variable @cite{z}, and in fact is
24560 often simply equal to @cite{z}.  For common cases like polynomials
24561 and multilinear models, the combined error is simply used as the
24562 @c{$\sigma$}
24563 @cite{sigma} for the data point with no further ado.)
24565 @tex
24566 \bigskip
24567 @end tex
24569 @vindex FitRules
24570 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
24571 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
24572 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
24573 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
24574 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
24575 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
24576 @xref{Operations on Variables}.
24578 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
24580 @ignore
24581 @starindex
24582 @end ignore
24583 @tindex fitvar
24584 @ignore
24585 @starindex
24586 @end ignore
24587 @ignore
24588 @mindex @idots
24589 @end ignore
24590 @tindex fitparam
24591 @ignore
24592 @starindex
24593 @end ignore
24594 @ignore
24595 @mindex @null
24596 @end ignore
24597 @tindex fitmodel
24598 @ignore
24599 @starindex
24600 @end ignore
24601 @ignore
24602 @mindex @null
24603 @end ignore
24604 @tindex fitsystem
24605 @ignore
24606 @starindex
24607 @end ignore
24608 @ignore
24609 @mindex @null
24610 @end ignore
24611 @tindex fitdummy
24612 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
24613 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
24614 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
24615 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
24616 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
24617 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
24618 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
24619 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
24620 model @cite{a x^b} is converted to @cite{y = a x^b}, then to
24622 @smallexample
24623 @group
24624 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
24625 @end group
24626 @end smallexample
24628 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
24629 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
24630 changes are possible.)
24632 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
24633 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
24635 @example
24636 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
24637 @end example
24639 @noindent
24640 where @var{Y} is a formula that describes the function @cite{Y(x,y,z)},
24641 @var{FGH} is the vector of formulas @cite{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
24642 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
24643 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @cite{A}, @samp{fitdummy(2)}
24644 for @cite{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
24645 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
24646 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
24648 The power law model eventually boils down to
24650 @smallexample
24651 @group
24652 fitsystem(ln(fitvar(2)),
24653           [1, ln(fitvar(1))],
24654           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
24655 @end group
24656 @end smallexample
24658 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
24659 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
24660 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
24661 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
24662 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
24663 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
24664 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
24665 and the distributive law is used to expand products of sums.
24666 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
24667 @samp{fitinv(x)} represents @cite{1/x} while the @code{FitRules}
24668 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
24669 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
24670 will probably only need to modify the rules for this phase.
24672 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
24673 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
24674 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
24675 initially zero and @var{model} has been changed from @cite{a=b}
24676 to @cite{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
24677 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
24678 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
24679 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
24680 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
24681 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
24682 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
24683 raw parameters, for now.)
24685 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
24686 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
24687 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
24688 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
24689 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
24690 that involve only independent variables.  (If this decomposition
24691 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
24692 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
24693 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
24694 using the distributive law in order to minimize the number of
24695 raw parameters needed.
24697 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
24698 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
24699 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
24700 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
24701 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
24702 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
24703 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
24704 least-squares solver wants to see.
24706 @ignore
24707 @starindex
24708 @end ignore
24709 @ignore
24710 @mindex hasfit@idots
24711 @end ignore
24712 @tindex hasfitparams
24713 @ignore
24714 @starindex
24715 @end ignore
24716 @ignore
24717 @mindex @null
24718 @end ignore
24719 @tindex hasfitvars
24720 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
24721 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
24722 whether @cite{x} refers to any parameters or independent variables,
24723 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
24724 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
24725 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
24726 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
24727 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
24728 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
24730 @tex
24731 \bigskip
24732 @end tex
24734 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
24735 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
24736 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
24737 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
24738 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
24739 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
24740 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
24741 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
24742 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
24743 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
24745 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
24746 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
24747 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
24748 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
24749 and the lower ones for @var{params}.
24751 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
24752 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
24753 and variables, as discussed previously.
24755 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
24756 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
24757 message will be ``Model expression is too complex'' if the
24758 linearizer was unable to put the model into the required form.
24760 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
24761 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
24763 @node Interpolation, ,  Curve Fitting Details, Curve Fitting
24764 @subsection Polynomial Interpolation
24766 @kindex a p
24767 @pindex calc-poly-interp
24768 @tindex polint
24769 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
24770 a polynomial interpolation at a particular @cite{x} value.  It takes
24771 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
24772 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @cite{x}
24773 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
24774 then substitutes the @cite{x} value into the result in order to get an
24775 approximate @cite{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
24776 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
24777 efficient and more numerically stable.)
24779 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @cite{y}
24780 value approximation, and an error measure @cite{dy} that reflects Calc's
24781 estimation of the probable error of the approximation at that value of
24782 @cite{x}.  If the input @cite{x} is equal to any of the @cite{x} values
24783 in the data matrix, the output @cite{y} will be the corresponding @cite{y}
24784 value from the matrix, and the output @cite{dy} will be exactly zero.
24786 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
24787 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
24789 If @cite{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
24790 interpolated results for each of those @cite{x} values.  (The matrix will
24791 have two columns, the @cite{y} values and the @cite{dy} values.)
24792 If @cite{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
24793 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
24794 a formula that describes the fit in symbolic terms.
24796 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
24797 on the stack.  Only the @cite{x} value is replaced by the result.
24799 @kindex H a p
24800 @tindex ratint
24801 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
24802 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
24803 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
24804 @cite{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
24805 each have degree @cite{N/2} (if @cite{N} is odd, the denominator will
24806 have degree one higher than the numerator).
24808 Rational approximations have the advantage that they can accurately
24809 describe functions that have poles (points at which the function's value
24810 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
24811 goes to zero).  If @cite{x} corresponds to a pole of the fitted rational
24812 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
24813 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
24815 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
24816 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
24817 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
24818 capabilities to fit.)
24820 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
24821 @section Summations
24823 @noindent
24824 @cindex Summation of a series
24825 @kindex a +
24826 @pindex calc-summation
24827 @tindex sum
24828 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
24829 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
24830 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
24831 name of the summation index variable, the lower limit of the
24832 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
24833 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
24834 any later ones are answered by reading additional elements from
24835 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 @key{RET} ' k @key{RET} 1 @key{RET} 5 @key{RET} a + @key{RET}}
24836 produces the result 55.
24837 @tex
24838 \turnoffactive
24839 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
24840 @end tex
24842 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
24843 use a variable with a stored value.  In particular, while
24844 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
24845 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @cite{(0, 1)}
24846 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
24847 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @cite{(0, 1)}!
24848 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
24849 @w{@kbd{s u i @key{RET}}} first to ``unstore'' this variable.
24850 (@xref{Storing Variables}.)
24852 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
24853 than by one.  Thus @kbd{' a_k @key{RET} C-u -2 a + k @key{RET} 10 @key{RET} 0 @key{RET}}
24854 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
24855 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
24856 step value, in which case you can enter any formula or enter
24857 a blank line to take the step value from the stack.  With the
24858 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
24859 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
24860 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
24862 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
24863 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
24864 this is possible if the formula being summed is polynomial or
24865 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
24866 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
24867 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
24868 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
24869 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
24870 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
24871 whenever it can for the sake of efficiency.
24873 The notation for sums in algebraic formulas is
24874 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
24875 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
24876 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
24877 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
24878 and @samp{inf}, respectively.
24880 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
24881 returns @cite{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
24882 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
24883 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
24884 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
24885 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
24886 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
24887 symbolic form.  @xref{Infinities}.
24889 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
24890 described above) but the formula includes vectors subscripted by
24891 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
24892 the limits to include only the range of integers which result in
24893 legal subscripts for the vector.  For example, the sum
24894 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
24896 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
24897 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
24898 Calc computes the number of iterations using the formula
24899 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
24900 after simplification as if by @kbd{a s}, evaluate to an integer.
24902 If the number of iterations according to the above formula does
24903 not come out to an integer, the sum is illegal and will be left
24904 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
24905 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
24906 substituting mismatched bounds into them.  For example,
24907 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
24908 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
24909 the rather dubious answer, 29.25.
24911 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
24912 positive step size), the result is generally zero.  However,
24913 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
24914 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
24915 of iterations is @i{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
24916 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
24917 if Calc used a closed form solution.
24919 Calc's logical predicates like @cite{a < b} return 1 for ``true''
24920 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
24921 used to advantage for building conditional sums.  For example,
24922 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
24923 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
24924 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
24925 as ``the sum of @cite{k^2}, where @cite{k} is prime.''  Indeed,
24926 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
24927 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
24928 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
24929 closed form.
24931 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
24932 sum of @cite{f(k)} for all @cite{k} from 1 to @cite{n}, excluding
24933 one value @cite{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
24934 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
24935 the sum of all @cite{1/(k-k_0)} except at @cite{k = k_0}, where
24936 this would be a division by zero.  But at @cite{k = k_0}, this
24937 formula works out to the indeterminate form @cite{0 / 0}, which
24938 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
24939 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
24940 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if @c{$k \ne k_0$}
24941 @cite{k != k_0},
24942 then @cite{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @cite{1/(k-k_0)}
24943 will not even be evaluated by Calc when @cite{k = k_0}.
24945 @cindex Alternating sums
24946 @kindex a -
24947 @pindex calc-alt-summation
24948 @tindex asum
24949 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
24950 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
24951 are given alternating signs, with the first term (corresponding
24952 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
24953 are converted to normal sums with an extra term of the form
24954 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
24955 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
24956 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
24957 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
24958 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
24959 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
24960 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
24962 @cindex Product of a sequence
24963 @kindex a *
24964 @pindex calc-product
24965 @tindex prod
24966 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
24967 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
24968 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
24969 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
24970 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
24972 @kindex a T
24973 @pindex calc-tabulate
24974 @tindex table
24975 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
24976 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
24977 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
24978 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
24979 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
24981 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
24982 @section Logical Operations
24984 @noindent
24985 The following commands and algebraic functions return true/false values,
24986 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
24987 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
24988 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
24989 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
24990 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
24991 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
24992 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
24993 portion if its condition is provably true, but it will execute the
24994 ``else'' portion for any condition like @cite{a = b} that is not
24995 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
24996 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
24997 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
24998 false.  @xref{Declarations}.)
25000 @kindex a =
25001 @pindex calc-equal-to
25002 @tindex eq
25003 @tindex =
25004 @tindex ==
25005 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
25006 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
25007 formula) is true if @cite{a} and @cite{b} are equal, either because they
25008 are identical expressions, or because they are numbers which are
25009 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
25010 1.0.)  If the equality of @cite{a} and @cite{b} cannot be determined,
25011 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
25012 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
25013 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
25015 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
25016 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
25017 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
25018 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
25019 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
25020 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
25021 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
25022 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
25023 zero if not.
25025 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
25026 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
25027 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
25028 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
25029 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
25030 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
25031 variables).
25033 @kindex a #
25034 @pindex calc-not-equal-to
25035 @tindex neq
25036 @tindex !=
25037 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
25038 @samp{a != b} function, is true if @cite{a} and @cite{b} are not equal.
25039 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
25040 tests that all four of @cite{a}, @cite{b}, @cite{c}, and @cite{d} are
25041 distinct numbers.
25043 @kindex a <
25044 @tindex lt
25045 @ignore
25046 @mindex @idots
25047 @end ignore
25048 @kindex a >
25049 @ignore
25050 @mindex @null
25051 @end ignore
25052 @kindex a [
25053 @ignore
25054 @mindex @null
25055 @end ignore
25056 @kindex a ]
25057 @pindex calc-less-than
25058 @pindex calc-greater-than
25059 @pindex calc-less-equal
25060 @pindex calc-greater-equal
25061 @ignore
25062 @mindex @null
25063 @end ignore
25064 @tindex gt
25065 @ignore
25066 @mindex @null
25067 @end ignore
25068 @tindex leq
25069 @ignore
25070 @mindex @null
25071 @end ignore
25072 @tindex geq
25073 @ignore
25074 @mindex @null
25075 @end ignore
25076 @tindex <
25077 @ignore
25078 @mindex @null
25079 @end ignore
25080 @tindex >
25081 @ignore
25082 @mindex @null
25083 @end ignore
25084 @tindex <=
25085 @ignore
25086 @mindex @null
25087 @end ignore
25088 @tindex >=
25089 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
25090 operation is true if @cite{a} is less than @cite{b}.  Similar functions
25091 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
25092 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
25093 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
25095 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
25096 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
25097 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
25098 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
25099 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
25100 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
25101 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
25102 involve both equalities and inequalities, are not allowed.
25104 @kindex a .
25105 @pindex calc-remove-equal
25106 @tindex rmeq
25107 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
25108 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
25109 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
25110 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
25111 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
25112 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
25113 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
25114 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
25115 the righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
25116 taking the lefthand side.
25118 @kindex a &
25119 @pindex calc-logical-and
25120 @tindex land
25121 @tindex &&
25122 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
25123 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
25124 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @cite{a} or
25125 @cite{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
25126 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
25128 @kindex a |
25129 @pindex calc-logical-or
25130 @tindex lor
25131 @tindex ||
25132 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
25133 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
25134 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
25135 are nonzero.  If both @cite{a} and @cite{b} are zero, the result is
25136 zero.
25138 @kindex a !
25139 @pindex calc-logical-not
25140 @tindex lnot
25141 @tindex !
25142 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
25143 function is true if @cite{a} is false (zero), or false if @cite{a} is
25144 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @cite{a} is not a
25145 number.
25147 @kindex a :
25148 @pindex calc-logical-if
25149 @tindex if
25150 @ignore
25151 @mindex ? :
25152 @end ignore
25153 @tindex ?
25154 @ignore
25155 @mindex @null
25156 @end ignore
25157 @tindex :
25158 @cindex Arguments, not evaluated
25159 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
25160 function is equal to either @cite{b} or @cite{c} if @cite{a} is a nonzero
25161 number or zero, respectively.  If @cite{a} is not a number, the test is
25162 left in symbolic form and neither @cite{b} nor @cite{c} is evaluated in
25163 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
25164 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
25165 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
25166 @code{condition}.
25168 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
25169 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
25170 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
25171 @samp{a?(3):4} instead.
25173 As a special case, if @cite{a} evaluates to a vector, then both @cite{b}
25174 and @cite{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
25175 as @cite{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
25176 @cite{b} and @cite{c} according to whether each element of @cite{a}
25177 is zero or nonzero.  Each of @cite{b} and @cite{c} must be either a
25178 vector of the same length as @cite{a}, or a non-vector which is matched
25179 with all elements of @cite{a}.
25181 @kindex a @{
25182 @pindex calc-in-set
25183 @tindex in
25184 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
25185 the number @cite{a} is in the set of numbers represented by @cite{b}.
25186 If @cite{b} is an interval form, @cite{a} must be one of the values
25187 encompassed by the interval.  If @cite{b} is a vector, @cite{a} must be
25188 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
25189 intervals, @cite{a} must be in any of the intervals.)  If @cite{b} is a
25190 plain number, @cite{a} must be numerically equal to @cite{b}.
25191 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
25192 of this sort.
25194 @ignore
25195 @starindex
25196 @end ignore
25197 @tindex typeof
25198 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
25199 characterizes @cite{a}.  If @cite{a} is a number, vector, or variable,
25200 the result will be one of the following numbers:
25202 @example
25203  1   Integer
25204  2   Fraction
25205  3   Floating-point number
25206  4   HMS form
25207  5   Rectangular complex number
25208  6   Polar complex number
25209  7   Error form
25210  8   Interval form
25211  9   Modulo form
25212 10   Date-only form
25213 11   Date/time form
25214 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
25215 100  Variable
25216 101  Vector (but not a matrix)
25217 102  Matrix
25218 @end example
25220 Otherwise, @cite{a} is a formula, and the result is a variable which
25221 represents the name of the top-level function call.
25223 @ignore
25224 @starindex
25225 @end ignore
25226 @tindex integer
25227 @ignore
25228 @starindex
25229 @end ignore
25230 @tindex real
25231 @ignore
25232 @starindex
25233 @end ignore
25234 @tindex constant
25235 The @samp{integer(a)} function returns true if @cite{a} is an integer.
25236 The @samp{real(a)} function
25237 is true if @cite{a} is a real number, either integer, fraction, or
25238 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @cite{a} is
25239 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
25240 code result except for variables, and provided that the components of
25241 an object like a vector or error form are themselves constant.
25242 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
25243 special constants like @code{pi} and @code{e}.@refill
25245 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
25246 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
25247 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
25248 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25249 literally an integer constant.
25251 @ignore
25252 @starindex
25253 @end ignore
25254 @tindex refers
25255 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25256 @cite{b} appears in @cite{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25257 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25258 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25259 @code{refers} will be left unevaluated is if @cite{a} is a plain
25260 variable (different from @cite{b}).
25262 @ignore
25263 @starindex
25264 @end ignore
25265 @tindex negative
25266 The @samp{negative(a)} function returns true if @cite{a} ``looks'' negative,
25267 because it is a negative number, because it is of the form @cite{-x},
25268 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25269 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25270 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @cite{a}, so it can only
25271 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25272 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25273 as a rewrite rule condition).
25275 @ignore
25276 @starindex
25277 @end ignore
25278 @tindex variable
25279 The @samp{variable(a)} function is true if @cite{a} is a variable,
25280 or false if not.  If @cite{a} is a function call, this test is left
25281 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25282 are considered variables like any others by this test.
25284 @ignore
25285 @starindex
25286 @end ignore
25287 @tindex nonvar
25288 The @samp{nonvar(a)} function is true if @cite{a} is a non-variable.
25289 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25290 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25291 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25292 often good enough.
25294 @ignore
25295 @starindex
25296 @end ignore
25297 @tindex lin
25298 @ignore
25299 @starindex
25300 @end ignore
25301 @tindex linnt
25302 @ignore
25303 @starindex
25304 @end ignore
25305 @tindex islin
25306 @ignore
25307 @starindex
25308 @end ignore
25309 @tindex islinnt
25310 @cindex Linearity testing
25311 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25312 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25313 @cite{a + b x} for some constants @cite{a} and @cite{b}, and some
25314 variable or subformula @cite{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25315 if formula @cite{f} is linear in @cite{x}, returning 1 if so.  For
25316 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25317 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25318 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25319 @cite{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25320 @cite{[0, 1, x]}, @cite{[0, -1, x]}, @cite{[3, 0, x]}, and
25321 @cite{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25322 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25323 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25324 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25325 returns true.
25327 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25328 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25329 @cite{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25330 returns @cite{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @cite{[y, 0, x]},
25331 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25332 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25333 linear in @cite{x}).
25335 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25336 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25337 formula.  Here, the @cite{a=0}, @cite{b=1} case is also considered
25338 trivial, and only constant values for @cite{a} and @cite{b} are
25339 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @cite{[0, 2, x y]},
25340 @samp{lin(2 - x y)} returns @cite{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25341 returns @cite{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25342 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25343 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25344 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25346 @ignore
25347 @starindex
25348 @end ignore
25349 @tindex istrue
25350 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @cite{a} is a nonzero
25351 number or provably nonzero formula, or 0 if @cite{a} is anything else.
25352 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25353 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25354 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25355 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25356 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25357 in symbolic form.)
25359 @node Rewrite Rules, , Logical Operations, Algebra
25360 @section Rewrite Rules
25362 @noindent
25363 @cindex Rewrite rules
25364 @cindex Transformations
25365 @cindex Pattern matching
25366 @kindex a r
25367 @pindex calc-rewrite
25368 @tindex rewrite
25369 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25370 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25371 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25372 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25373 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25374 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25375 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25376 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25377 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25379 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25380 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25381 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25382 entries are being parsed, converting strings of characters into
25383 Calc formulas.
25385 @menu
25386 * Entering Rewrite Rules::
25387 * Basic Rewrite Rules::
25388 * Conditional Rewrite Rules::
25389 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25390 * Other Features of Rewrite Rules::
25391 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25392 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25393 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25394 * Selections with Rewrite Rules::
25395 * Matching Commands::
25396 * Automatic Rewrites::
25397 * Debugging Rewrites::
25398 * Examples of Rewrite Rules::
25399 @end menu
25401 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25402 @subsection Entering Rewrite Rules
25404 @noindent
25405 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25406 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25407 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25408 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25409 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25410 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25411 assignments in special ways.@refill
25413 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25414 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25415 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
25416 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
25417 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
25419 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
25420 rules.
25422 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
25423 in several ways:
25425 @enumerate
25426 @item
25427 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) @key{RET}}.
25428 @item
25429 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] @key{RET}}.
25430 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
25431 @item
25432 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
25433 @kbd{myrules @key{RET}}.
25434 @item
25435 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
25436 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
25437 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
25438 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
25439 @item
25440 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
25441 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
25442 rewritten will come from the second-to-top position).
25443 @end enumerate
25445 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
25446 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
25447 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
25449 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
25450 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
25451 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
25452 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
25453 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
25454 @pxref{Operations on Variables}.@refill
25456 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
25457 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
25458 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
25459 through that variable, they will be compiled once and saved away
25460 along with the variable for later reference.  This is another good
25461 reason to store your rules in a variable.
25463 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
25464 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
25465 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
25467 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
25468 @subsection Basic Rewrite Rules
25470 @noindent
25471 To match a particular formula @cite{x} with a particular rewrite rule
25472 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @cite{x} with
25473 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
25474 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @cite{x}
25475 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
25476 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
25477 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
25478 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
25479 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
25480 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
25481 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
25483 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
25484 corresponding sub-formulas of @cite{x} must be identical.  Thus
25485 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
25486 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
25487 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
25489 Things other than variables must match exactly between the pattern
25490 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
25491 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
25492 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
25493 @samp{sin(a)+y}.
25495 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
25496 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
25497 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
25498 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
25500 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
25501 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
25502 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
25503 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
25504 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
25506 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
25507 throughout the target formula until no further changes are possible
25508 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
25509 change at a time.
25511 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
25512 @subsection Conditional Rewrite Rules
25514 @noindent
25515 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
25516 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
25517 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
25518 is present in the
25519 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
25520 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
25521 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
25522 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
25523 with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}).  If the result is a nonzero
25524 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
25525 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
25526 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
25527 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
25528 1 or 0 according to the results of various tests.@refill
25530 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @cite{n}
25531 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
25532 @cite{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
25533 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
25534 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
25535 (assuming no outstanding declarations for @cite{a}).  In the case of
25536 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
25537 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
25538 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
25540 While Calc will use declarations to reason about variables in the
25541 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
25542 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
25543 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
25544 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
25545 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
25546 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
25547 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
25548 the condition.
25550 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
25551 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
25552 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
25554 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
25555 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
25557 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
25558 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
25559 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
25560 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
25561 decides when it is best to test each condition while a rule is being
25562 matched.
25564 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
25565 system and are tested very efficiently:  Where @cite{x} is any
25566 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
25567 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @cite{y}
25568 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
25569 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
25570 where @cite{a} and @cite{b} are constants.  Other conditions, like
25571 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
25572 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
25574 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
25575 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
25576 because conditions often are expressions that cannot safely be
25577 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
25578 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
25579 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
25580 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
25581 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
25582 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
25584 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
25585 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
25586 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
25587 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
25588 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
25589 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
25590 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
25591 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
25592 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
25594 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
25595 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
25597 @noindent
25598 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
25599 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
25600 the associativity and commutativity of the following functions into
25601 account:
25603 @smallexample
25604 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
25605 @end smallexample
25607 For example, the rewrite rule:
25609 @example
25610 a x + b x  :=  (a + b) x
25611 @end example
25613 @noindent
25614 will match formulas of the form,
25616 @example
25617 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
25618 @end example
25620 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
25621 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
25623 @example
25624 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
25625 @end example
25627 @noindent
25628 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
25630 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
25631 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
25632 will take whichever suitable pair it discovers first.
25634 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
25635 will try @var{2 n} different ways to match a sum of @var{n} terms
25636 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
25637 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
25638 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
25639 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
25640 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
25641 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
25643 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
25644 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
25645 matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
25646 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
25647 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
25648 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
25649 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
25650 enable matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
25651 from occurring.
25653 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
25654 the rule
25656 @example
25657 f(-x)  :=  -f(x)
25658 @end example
25660 @noindent
25661 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
25662 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
25663 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
25664 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
25665 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
25666 condition is:
25668 @example
25669 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
25670 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
25671 @end example
25673 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
25674 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
25676 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
25677 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
25678 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
25679 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
25681 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
25682 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
25683 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
25684 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
25685 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
25686 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
25687 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
25688 because while few mathematical operations are substantively different
25689 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
25690 of multiplication, division, and integer powers separately.
25692 Even more subtle is the rule set
25694 @example
25695 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
25696 @end example
25698 @noindent
25699 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
25700 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
25701 the above two rules in turn, but actually this will not work because
25702 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
25703 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
25704 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
25705 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
25706 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
25707 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
25708 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
25709 rule will have to be added.
25711 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
25712 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
25713 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
25714 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
25715 of the above rule for complex numbers would be
25717 @example
25718 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
25719 @end example
25721 @noindent
25722 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
25723 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
25724 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
25725 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
25726 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
25727 conjugate of a real number.)
25729 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
25731 @example
25732 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
25733 @end example
25735 @noindent
25736 will match the formula
25738 @example
25739 5 (x^2 - 4) + 3 x
25740 @end example
25742 @noindent
25743 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
25744 formulas like
25746 @example
25747 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
25748 @end example
25750 @noindent
25751 producing, respectively,
25753 @example
25754 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
25755 @end example
25757 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
25758 have been turned off with @kbd{m O}.)
25760 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
25761 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
25762 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
25763 with @samp{a = -1}.
25765 In particular, the distributive-law rule can be refined to
25767 @example
25768 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
25769 @end example
25771 @noindent
25772 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
25774 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
25775 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
25776 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
25777 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
25778 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
25779 @samp{x/z} is considered linear with @cite{b = 1/z} by @code{lin},
25780 but it will not match the above pattern because that pattern calls
25781 for a multiplication, not a division.
25783 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
25784 by 1,
25786 @example
25787 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
25788 @end example
25790 @noindent
25791 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
25792 an equal factor.  Here's a more successful rule:
25794 @example
25795 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
25796 @end example
25798 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
25799 because one @cite{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
25801 Calc automatically converts a rule like
25803 @example
25804 f(x-1, x)  :=  g(x)
25805 @end example
25807 @noindent
25808 into the form
25810 @example
25811 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
25812 @end example
25814 @noindent
25815 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
25816 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
25817 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
25818 respectively, then verifying that they differ by one even though
25819 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
25821 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
25822 following rule,
25824 @example
25825 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
25826 @end example
25828 @noindent
25829 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
25830 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
25831 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
25832 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
25833 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
25834 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
25835 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
25837 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
25838 You could make this resemble the original form more closely by using
25839 @code{let} notation, which is described in the next section:
25841 @example
25842 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
25843 @end example
25845 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
25846 which involves only the functions in the following list, operating
25847 only on constants and meta-variables which have already been matched
25848 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
25849 careful to match arguments which are plain variables before arguments
25850 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
25851 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
25852 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
25854 @smallexample
25855 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
25856 max min  re im conj arg
25857 @end smallexample
25859 You can suppress all of the special treatments described in this
25860 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
25861 This marker causes the function call which is its argument to be
25862 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
25863 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
25864 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
25865 For example,
25867 @example
25868 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
25869 @end example
25871 @noindent
25872 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
25873 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
25874 commutativity and associativity is still considered while matching
25875 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
25876 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
25877 further and use
25879 @example
25880 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
25881 @end example
25883 @noindent
25884 which would do a completely strict match for the pattern.
25886 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
25887 function name but also the arguments must be literally the same.
25888 The above pattern will match @samp{x - x y} but
25890 @example
25891 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
25892 @end example
25894 @noindent
25895 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
25897 @example
25898 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
25899 @end example
25901 @noindent
25902 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
25903 effect!
25905 A certain amount of algebra is also done when substituting the
25906 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
25907 in the rule
25909 @example
25910 a + f(b)  :=  f(a + b)
25911 @end example
25913 @noindent
25914 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
25915 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
25916 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
25917 the default simplifications would do this anyway, so this
25918 special simplification is only noticeable if you have turned the
25919 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
25920 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
25921 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
25922 marker on the righthand side:
25924 @example
25925 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
25926 @end example
25928 @noindent
25929 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
25930 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
25931 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
25933 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
25934 @subsection Other Features of Rewrite Rules
25936 @noindent
25937 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
25938 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
25939 markers that work inside a pattern; then come the markers that
25940 work in the righthand side of a rule.
25942 @ignore
25943 @starindex
25944 @end ignore
25945 @tindex import
25946 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
25947 rule.  Here @cite{x} is the name of a variable containing another
25948 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
25949 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
25950 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
25951 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
25952 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
25953 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
25954 the rule set @cite{x} with all occurrences of @c{$v_1$}
25955 @cite{v1}, as either
25956 a variable name or a function name, replaced with @c{$x_1$}
25957 @cite{x1} and
25958 so on.  (If @c{$v_1$}
25959 @cite{v1} is used as a function name, then @c{$x_1$}
25960 @cite{x1}
25961 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
25962 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
25963 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
25964 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
25965 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
25967 The special functions allowed in patterns are:
25969 @table @samp
25970 @item quote(x)
25971 @ignore
25972 @starindex
25973 @end ignore
25974 @tindex quote
25975 This pattern matches exactly @cite{x}; variable names in @cite{x} are
25976 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
25977 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
25978 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
25979 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
25980 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
25981 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
25982 as a result in this case.)
25984 @item plain(x)
25985 @ignore
25986 @starindex
25987 @end ignore
25988 @tindex plain
25989 Here @cite{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
25990 pattern matches a call to function @cite{f} with the specified
25991 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
25992 function @cite{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
25993 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
25994 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
25995 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
25996 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
25998 @item opt(x,def)
25999 @ignore
26000 @starindex
26001 @end ignore
26002 @tindex opt
26003 Here @cite{x} must be a variable name.  This must appear as an
26004 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
26005 the argument or element is optional.
26006 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
26007 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
26008 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
26009 binding one summand to @cite{x} and the other to @cite{y}, and it
26010 matches anything else by binding the whole expression to @cite{x} and
26011 zero to @cite{y}.  The other operators above work similarly.@refill
26013 For general miscellaneous functions, the default value @code{def}
26014 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
26015 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
26016 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
26017 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @cite{b} are
26018 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
26019 the literal variable @cite{b} will be the default in the latter
26020 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @cite{b}.
26021 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
26023 @item condition(x,c)
26024 @ignore
26025 @starindex
26026 @end ignore
26027 @tindex condition
26028 @tindex ::
26029 This matches the pattern @cite{x}, with the attached condition
26030 @cite{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
26032 @item pand(x,y)
26033 @ignore
26034 @starindex
26035 @end ignore
26036 @tindex pand
26037 @tindex &&&
26038 This matches anything that matches both pattern @cite{x} and
26039 pattern @cite{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
26040 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
26042 @item por(x,y)
26043 @ignore
26044 @starindex
26045 @end ignore
26046 @tindex por
26047 @tindex |||
26048 This matches anything that matches either pattern @cite{x} or
26049 pattern @cite{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
26051 @item pnot(x)
26052 @ignore
26053 @starindex
26054 @end ignore
26055 @tindex pnot
26056 @tindex !!!
26057 This matches anything that does not match pattern @cite{x}.
26058 It is the same as @samp{!!! x}.
26060 @item cons(h,t)
26061 @ignore
26062 @mindex cons
26063 @end ignore
26064 @tindex cons (rewrites)
26065 This matches any vector of one or more elements.  The first
26066 element is matched to @cite{h}; a vector of the remaining
26067 elements is matched to @cite{t}.  Note that vectors of fixed
26068 length can also be matched as actual vectors:  The rule
26069 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
26070 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
26072 @item rcons(t,h)
26073 @ignore
26074 @mindex rcons
26075 @end ignore
26076 @tindex rcons (rewrites)
26077 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
26078 is matched to @cite{h}, with the remaining elements matched
26079 to @cite{t}.
26081 @item apply(f,args)
26082 @ignore
26083 @mindex apply
26084 @end ignore
26085 @tindex apply (rewrites)
26086 This matches any function call.  The name of the function, in
26087 the form of a variable, is matched to @cite{f}.  The arguments
26088 of the function, as a vector of zero or more objects, are
26089 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
26090 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
26091 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
26092 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
26093 matches any function call with exactly two arguments, and
26094 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
26095 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
26096 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
26097 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
26098 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
26099 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
26101 @example
26102 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
26103    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
26104 @end example
26106 Note, however, that this will be slower to match than a rule
26107 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
26108 the rules of a rule set according to top-level function name;
26109 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
26110 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
26111 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
26112 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
26114 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
26115 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
26116 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
26118 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
26119 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
26120 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
26121 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
26122 Also note that you will have to use no-simplify (@kbd{m O})
26123 mode when entering this rule so that the @code{apply} isn't
26124 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
26125 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
26126 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
26127 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
26129 @item select(x)
26130 @ignore
26131 @starindex
26132 @end ignore
26133 @tindex select
26134 This is used for applying rules to formulas with selections;
26135 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
26136 @end table
26138 Special functions for the righthand sides of rules are:
26140 @table @samp
26141 @item quote(x)
26142 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
26143 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
26144 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
26145 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
26146 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
26147 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
26148 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
26149 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
26150 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
26151 protecting rules from evaluation.)
26153 @item plain(x)
26154 Special properties of and simplifications for the function call
26155 @cite{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
26156 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
26157 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
26158 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
26159 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
26160 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
26162 @item cons(h,t)
26163 Where @cite{t} is a vector, this is converted into an expanded
26164 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
26165 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
26166 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
26167 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
26168 have been turned off.
26170 @item rcons(t,h)
26171 Analogous to @code{cons} except putting @cite{h} at the @emph{end} of
26172 the vector @cite{t}.
26174 @item apply(f,args)
26175 Where @cite{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
26176 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
26177 is also a regular Calc function.
26179 @item eval(x)
26180 @ignore
26181 @starindex
26182 @end ignore
26183 @tindex eval
26184 The formula @cite{x} is handled in the usual way, then the
26185 default simplifications are applied to it even if they have
26186 been turned off normally.  This allows you to treat any function
26187 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
26188 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
26189 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
26190 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
26192 @item evalsimp(x)
26193 @ignore
26194 @starindex
26195 @end ignore
26196 @tindex evalsimp
26197 The formula @cite{x} has meta-variables substituted in the usual
26198 way, then algebraically simplified as if by the @kbd{a s} command.
26200 @item evalextsimp(x)
26201 @ignore
26202 @starindex
26203 @end ignore
26204 @tindex evalextsimp
26205 The formula @cite{x} has meta-variables substituted in the normal
26206 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
26208 @item select(x)
26209 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
26210 @end table
26212 There are also some special functions you can use in conditions.
26214 @table @samp
26215 @item let(v := x)
26216 @ignore
26217 @starindex
26218 @end ignore
26219 @tindex let
26220 The expression @cite{x} is evaluated with meta-variables substituted.
26221 The @kbd{a s} command's simplifications are @emph{not} applied by
26222 default, but @cite{x} can include calls to @code{evalsimp} or
26223 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
26224 of simplification.  The
26225 result of @cite{x} is then bound to the meta-variable @cite{v}.  As
26226 usual, if this meta-variable has already been matched to something
26227 else the two values must be equal; if the meta-variable is new then
26228 it is bound to the result of the expression.  This variable can then
26229 appear in later conditions, and on the righthand side of the rule.
26230 In fact, @cite{v} may be any pattern in which case the result of
26231 evaluating @cite{x} is matched to that pattern, binding any
26232 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
26233 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
26234 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
26235 an @samp{||} term or otherwise buried.@refill
26237 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
26238 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
26239 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
26240 in the main part of a rewrite rule.
26242 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
26243 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
26244 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
26245 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
26246 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
26247 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
26248 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
26249 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
26250 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
26251 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
26252 be bound to @code{ia}.@refill
26254 Here's another example, for integrating cosines of linear
26255 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
26256 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
26257 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
26258 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
26259 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
26260 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
26261 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
26262 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
26263 rearrangement of the argument of the sine.)@refill
26265 @ignore
26266 @starindex
26267 @end ignore
26268 @tindex ierf
26269 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
26270 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
26271 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
26272 where the first number is the desired solution.  If no solution
26273 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
26274 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
26276 @example
26277 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
26278 @end example
26280 @item matches(v,p)
26281 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
26282 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
26283 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
26284 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
26285 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
26286 extra feature that meta-variables which are bound to things
26287 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
26288 rule.
26290 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
26291 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
26292 the default simplifications, while the latter does not.
26294 @item remember
26295 @vindex remember
26296 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
26297 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
26298 the original expression and rewritten expression are added to the
26299 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
26300 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26301 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26302 contains any variables.
26304 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26305 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26306 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26307 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26308 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26309 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26311 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26312 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26313 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26314 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26315 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26316 be added to the rule set and will continue to operate even if
26317 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26319 @item remember(c)
26320 @ignore
26321 @starindex
26322 @end ignore
26323 @tindex remember
26324 Remember the match as described above, but only if condition @cite{c}
26325 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26326 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26327 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26328 @end table
26330 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26331 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26333 @noindent
26334 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26335 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26336 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26337 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26338 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26340 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26341 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26342 the context of rewrite rule patterns.
26344 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26345 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26346 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26347 here is a rule that operates on error forms:
26349 @example
26350 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26351 @end example
26353 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26355 @example
26356 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26357 @end example
26359 @ignore
26360 @starindex
26361 @end ignore
26362 @tindex ends
26363 Here's another interesting example:
26365 @example
26366 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26367 @end example
26369 @noindent
26370 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26371 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26372 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26374 @example
26375 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26376 @end example
26378 @noindent
26379 would do the same thing except that it would fail to match a
26380 one-element vector.
26382 @tex
26383 \bigskip
26384 @end tex
26386 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26387 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26388 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26390 @ignore
26391 @starindex
26392 @end ignore
26393 @tindex curve
26394 A simple example of @samp{|||} is
26396 @example
26397 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26398 @end example
26400 @noindent
26401 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26403 Here is a larger example:
26405 @example
26406 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26407 @end example
26409 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26410 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
26411 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
26413 (In practice this rule would probably include a third alternative,
26414 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
26416 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
26417 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
26418 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
26419 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
26420 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
26421 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
26422 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
26423 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
26425 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
26426 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
26427 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
26428 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
26430 @example
26431 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
26432 @end example
26434 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
26435 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
26437 @tex
26438 \bigskip
26439 @end tex
26441 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
26442 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
26443 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
26445 For example,
26447 @example
26448 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
26449 @end example
26451 @noindent
26452 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
26453 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
26454 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
26456 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
26457 then an equivalent rule would be:
26459 @example
26460 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
26461 @end example
26463 @noindent
26464 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
26465 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
26466 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
26467 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
26468 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
26469 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
26470 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
26472 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
26473 elsewhere in the pattern.  For example,
26475 @example
26476 f(a, !!!a)  :=  g(a)
26477 @end example
26479 @noindent
26480 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
26481 this to @code{g} with only the first argument.
26483 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
26484 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
26485 matched last.  Thus
26487 @example
26488 f(!!!a, a)  :=  g(a)
26489 @end example
26491 @noindent
26492 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
26493 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
26494 first argument of @code{f} first, the results would have been
26495 disastrous: since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
26496 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
26497 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
26499 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
26500 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
26502 @noindent
26503 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
26504 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
26505 to any part of the expression, starting with the whole expression
26506 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
26507 For each part of the expression, the rules are tried in the order
26508 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
26509 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
26510 to the @var{new} part of the rule.
26512 Often, the rule set will match and change the formula several times.
26513 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
26514 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
26515 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
26516 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
26517 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
26518 to match).  This continues until no further matches can be made
26519 anywhere in the formula.
26521 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
26522 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
26523 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
26524 side actually comes out to something different than the original
26525 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
26526 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
26527 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
26528 run forever switching a formula back and forth between the two
26529 forms.
26531 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
26532 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
26533 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
26534 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
26535 halt any Emacs command prematurely.)
26537 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
26538 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
26539 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
26540 rewriting is not what is called for by your application).
26542 @ignore
26543 @starindex
26544 @end ignore
26545 @ignore
26546 @mindex iter@idots
26547 @end ignore
26548 @tindex iterations
26549 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
26550 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
26551 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
26552 number of iterations for this rule set.  You can use
26553 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
26554 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
26555 rule set.
26557 @example
26558 [ iterations(1),
26559   f(x) := f(x+1) ]
26560 @end example
26562 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
26563 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
26564 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
26565 default simplifications, is different from the original sub-formula
26566 that was matched.
26568 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
26570 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
26571 substitute the top-level expression up to that many times, but
26572 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
26574 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
26575 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
26576 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
26577 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
26578 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
26579 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
26580 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
26581 are omitted, 100 is used.
26583 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26584 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
26586 @noindent
26587 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
26588 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
26589 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
26590 phases occur during the rewriting process.
26592 @ignore
26593 @starindex
26594 @end ignore
26595 @tindex phase
26596 @vindex all
26597 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
26598 vector in place of a rule, all rules following that point will be
26599 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
26600 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
26601 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
26602 this is the default at the start of the rule set.
26604 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
26605 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
26606 ascending order.  For example, the rule set
26608 @example
26609 @group
26610 [ f0(x) := g0(x),
26611   phase(1),
26612   f1(x) := g1(x),
26613   phase(2),
26614   f2(x) := g2(x),
26615   phase(3),
26616   f3(x) := g3(x),
26617   phase(1,2),
26618   f4(x) := g4(x) ]
26619 @end group
26620 @end example
26622 @noindent
26623 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
26624 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
26625 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
26626 and @code{f3}.
26628 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
26629 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
26630 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
26631 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
26632 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
26633 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
26634 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
26635 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
26636 100 by default, is reached.)
26638 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
26639 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
26640 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
26641 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
26642 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
26643 in the formula.
26645 @ignore
26646 @starindex
26647 @end ignore
26648 @tindex schedule
26649 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
26650 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
26651 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
26652 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
26653 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
26654 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
26655 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
26656 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
26657 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
26658 moving on to phase 3.
26660 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
26661 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
26662 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
26663 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
26664 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
26665 to the formula, repeats these two phases until they can make no
26666 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
26667 touches.
26669 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
26670 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
26671 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
26672 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
26673 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
26674 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
26675 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
26677 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
26678 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
26679 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
26680 will be faster if these groups are identified as separate phases.
26681 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
26682 spend any time on them while it works on phase 2.
26684 There are also some problems that can only be solved with several
26685 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
26686 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
26687 command to convert a model expression to linear form.
26688 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
26689 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
26690 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
26691 linear components have been picked out, the final phase includes the
26692 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
26693 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
26694 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
26696 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
26697 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
26698 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
26699 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
26700 rules were finished, some components might be put away into vectors
26701 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
26702 two separate phases, this problem is neatly avoided.
26704 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
26705 @subsection Selections with Rewrite Rules
26707 @noindent
26708 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
26709 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
26710 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
26711 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
26712 specific part of a formula without affecting any other parts.
26714 @kindex j r
26715 @pindex calc-rewrite-selection
26716 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
26717 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
26718 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
26719 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
26720 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
26721 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
26722 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
26723 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
26725 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
26726 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
26727 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
26728 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
26729 include references to @code{select} to tell where in the pattern
26730 the selected sub-formula should appear.
26732 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
26733 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
26734 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
26735 formula will be unselected.
26737 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
26738 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
26739 allows you to use the current selection in more flexible ways.
26740 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
26741 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
26742 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
26743 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
26744 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
26746 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
26747 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
26748 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
26749 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
26751 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
26752 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
26753 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
26754 at stack level 1.)
26756 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
26757 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
26758 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
26759 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
26760 target and the rewrite rules).
26762 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
26763 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
26764 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
26765 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
26766 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
26767 to apply anywhere in the formula.
26769 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
26770 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
26771 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
26772 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
26773 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
26774 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
26775 both with and without selections.
26777 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26778 @subsection Matching Commands
26780 @noindent
26781 @kindex a m
26782 @pindex calc-match
26783 @tindex match
26784 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
26785 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
26786 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
26787 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
26788 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
26789 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
26790 you can give a blank response in which case the patterns are taken
26791 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
26792 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
26793 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
26794 of the patterns.
26796 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
26797 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
26799 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
26801 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
26802 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
26803 all the positive vector elements.
26805 @kindex I a m
26806 @tindex matchnot
26807 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
26808 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
26810 @ignore
26811 @starindex
26812 @end ignore
26813 @tindex matches
26814 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
26815 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
26816 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
26817 conditional clauses of other rewrite rules.
26819 @ignore
26820 @starindex
26821 @end ignore
26822 @tindex vmatches
26823 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
26824 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
26825 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
26826 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
26827 If the match fails, the function returns the number 0.
26829 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
26830 @subsection Automatic Rewrites
26832 @noindent
26833 @cindex @code{EvalRules} variable
26834 @vindex EvalRules
26835 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
26836 results, effectively adding to the built-in set of default
26837 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
26838 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
26839 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
26841 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
26842 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
26843 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
26844 set would be,
26846 @smallexample
26847 @group
26848 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
26849   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
26850 @end group
26851 @end smallexample
26853 To apply these manually, you could put them in a variable called
26854 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
26855 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
26856 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
26857 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
26858 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming degrees mode) result in
26859 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
26861 As each level of a formula is evaluated, the rules from
26862 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
26863 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
26864 Note that this is different from the usual order of application of
26865 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
26866 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
26867 applies rules from the top down.
26869 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
26870 override the normal behavior of any built-in Calc function.
26872 It is important not to write a rule that will get into an infinite
26873 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
26874 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
26875 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
26876 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
26877 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
26878 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
26879 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
26880 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
26881 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
26882 or ran too long'' message.
26884 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
26885 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
26886 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @cite{n} is
26887 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
26888 if the righthand side literally becomes the original formula before any
26889 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
26890 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
26891 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
26892 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
26893 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
26894 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
26895 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
26896 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
26898 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
26899 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
26900 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
26901 the default simplifications to simplify the result and compares again
26902 (and again fails if the formula has simplified back to its original
26903 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
26904 same rules will come back into play when the default simplifications
26905 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
26906 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
26907 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
26908 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
26909 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
26910 the rewrite mechanism itself.)
26912 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
26913 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
26914 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
26915 The rules are always repeated as many times as possible.
26917 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
26918 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
26919 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
26920 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
26921 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
26922 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
26923 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
26924 will not work as part of @code{EvalRules}.
26926 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
26927 functions directly rather than going through the default simplifications.
26928 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
26929 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
26930 number @cite{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
26931 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
26932 than applying the default simplifications to this formula.  So an
26933 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
26934 would not apply.  (However, if you put Calc into symbolic mode so that
26935 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
26936 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
26937 number were @cite{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
26938 then symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
26939 evaluated exactly to 5.)
26941 One subtle restriction that normally only manifests itself with
26942 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
26943 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
26944 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
26945 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
26946 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
26947 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
26948 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
26949 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
26950 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
26951 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
26952 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
26953 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
26955 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
26956 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
26958 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
26959 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
26960 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
26961 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
26962 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
26963 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
26964 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
26966 @smallexample
26967 apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) :: in(f, [ln, log10])
26968 @end smallexample
26970 @noindent
26971 may seem more ``efficient'' than two separate rules for @code{ln} and
26972 @code{log10}, but actually it is vastly less efficient because rules
26973 with @code{apply} as the top-level pattern must be tested against
26974 @emph{every} function call that is simplified.
26976 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
26977 @vindex AlgSimpRules
26978 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
26979 but only when @kbd{a s} is used to simplify the formula.  The variable
26980 @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.  The @kbd{a s} command
26981 will apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules} to the formula, as
26982 well as all of its built-in simplifications.
26984 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
26985 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
26986 command with an infinite repeat count as the first step of @kbd{a s}.
26987 It then applies its own built-in simplifications throughout the
26988 formula, and then repeats these two steps (along with applying the
26989 default simplifications) until no further changes are possible.
26991 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
26992 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
26993 @vindex ExtSimpRules
26994 @vindex UnitSimpRules
26995 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
26996 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
26997 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
26998 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
26999 only during integration by @kbd{a i}.
27001 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
27002 @subsection Debugging Rewrites
27004 @noindent
27005 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
27006 record some useful information there as it operates.  The original
27007 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
27008 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
27009 noted.
27011 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
27012 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
27014 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
27015 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
27016 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
27017 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
27018 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
27019 be needlessly slow.
27021 @node Examples of Rewrite Rules, , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
27022 @subsection Examples of Rewrite Rules
27024 @noindent
27025 Returning to the example of substituting the pattern
27026 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
27027 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
27028 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
27029 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
27030 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
27031 but at the expense of making some changes that you might not desire.@refill
27033 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
27034 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
27035 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
27036 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
27037 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
27038 ignored by the regular @kbd{a r} command
27039 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).@refill
27041 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
27042 This will simplify the formula whenever @cite{b} and/or @cite{c} can
27043 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
27044 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
27045 Symbolic Mode has been enabled to keep the square root from being
27046 evaluated to a floating-point approximation).  This rule is also
27047 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
27048 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
27050 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
27051 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
27052 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
27053 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
27054 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
27055 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
27056 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
27057 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
27058 the keyboard macro @kbd{' tri($) @key{RET}} to make a command that applies
27059 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
27061 @cindex Quaternions
27062 The following rule set, contributed by @c{Fran\c cois}
27063 @asis{Francois} Pinard, implements
27064 @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of complex numbers.
27065 Quaternions have four components, and are here represented by function
27066 calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y}, @var{z}])} with ``real
27067 part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts collected into a
27068 vector.  Various arithmetical operations on quaternions are supported.
27069 To use these rules, either add them to @code{EvalRules}, or create a
27070 command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion formulas.
27071 A convenient way to enter quaternions would be a command defined by
27072 a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $]) @key{RET}}.
27074 @smallexample
27075 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
27076   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
27077   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
27078   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
27079   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
27080   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
27081   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
27082   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
27083   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
27084      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
27085   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
27086   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
27087   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
27088   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
27089   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
27090                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
27091   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
27092                :: integer(k) :: k > 2,
27093   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
27094 @end smallexample
27096 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
27097 In other words, @cite{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
27098 @cite{q1} and @cite{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
27099 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
27100 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
27101 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
27102 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
27104 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
27105 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
27106 results in the four-argument form, just append the two items
27107 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
27108 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
27109 in @code{EvalRules}.)
27111 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
27112 @chapter Operating on Units
27114 @noindent
27115 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
27116 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
27117 per second squared.''  The commands in this chapter help you
27118 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
27119 begin with the @kbd{u} prefix key.
27121 @menu
27122 * Basic Operations on Units::
27123 * The Units Table::
27124 * Predefined Units::
27125 * User-Defined Units::
27126 @end menu
27128 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
27129 @section Basic Operations on Units
27131 @noindent
27132 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
27133 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
27134 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
27135 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
27136 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
27137 where the command applies to all units expressions which appear in the
27138 formula.
27140 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
27141 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
27142 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
27143 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
27144 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
27145 @pxref{User-Defined Units}.@refill
27147 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
27148 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
27149 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
27150 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
27151 representation of one millimeter.@refill
27153 You may find that Algebraic Mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
27154 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
27155 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
27157 @kindex u s
27158 @pindex calc-simplify-units
27159 @ignore
27160 @mindex usimpl@idots
27161 @end ignore
27162 @tindex usimplify
27163 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
27164 simplifies a units
27165 expression.  It uses @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) to simplify the
27166 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
27167 features that can be further simplified by converting one object's units
27168 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
27169 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
27170 added, the righthand term's units are converted to match those of the
27171 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
27172 automatically at all times.@refill
27174 Units simplification also handles quotients of two units with the same
27175 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
27176 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
27177 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
27178 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
27179 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
27180 applied to units expressions, in which case
27181 the operation in question is applied only to the numeric part of the
27182 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
27183 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.@refill
27185 @kindex u c
27186 @pindex calc-convert-units
27187 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
27188 expression to new, compatible units.  For example, given the units
27189 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
27190 @samp{24.5872 m/s}.  If the units you request are inconsistent with
27191 the original units, the number will be converted into your units
27192 times whatever ``remainder'' units are left over.  For example,
27193 converting @samp{55 mph} into acres produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.
27194 (Recall that multiplication binds more strongly than division in Calc
27195 formulas, so the units here are acres per meter-second.)  Remainder
27196 units are expressed in terms of ``fundamental'' units like @samp{m} and
27197 @samp{s}, regardless of the input units.
27199 One special exception is that if you specify a single unit name, and
27200 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
27201 that compatible unit will be converted to the new unit and the
27202 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
27203 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
27204 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
27205 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
27206 changed to the base unit @samp{m}.
27208 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
27209 to gain more control over the units of the result of an expression.
27210 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
27211 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
27212 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
27213 in fathoms, if you preferred!)
27215 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
27216 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
27217 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
27218 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
27219 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
27220 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
27221 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
27223 @cindex Composite units
27224 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
27225 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
27226 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
27227 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
27228 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
27229 It then accounts for as much of the input quantity as it can
27230 using an integer number times the largest unit, then moves on
27231 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
27232 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
27233 standard unit names exist for common combinations, such as
27234 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
27235 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
27236 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
27238 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
27239 prompt first for the old units which this value should be considered
27240 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
27241 give are consistent with each other, the result also will not contain
27242 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm @key{RET} in @key{RET}} converts the number
27243 2 on the stack to 5.08.
27245 @kindex u b
27246 @pindex calc-base-units
27247 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
27248 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
27249 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
27250 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
27252 The @kbd{u c} and @kbd{u b} commands treat temperature units (like
27253 @samp{degC} and @samp{K}) as relative temperatures.  For example,
27254 @kbd{u c} converts @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10
27255 degrees Celsius corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.
27257 @kindex u t
27258 @pindex calc-convert-temperature
27259 @cindex Temperature conversion
27260 The @kbd{u t} (@code{calc-convert-temperature}) command converts
27261 absolute temperatures.  The value on the stack must be a simple units
27262 expression with units of temperature only.  This command would convert
27263 @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the equivalent temperature on the
27264 Fahrenheit scale.@refill
27266 @kindex u r
27267 @pindex calc-remove-units
27268 @kindex u x
27269 @pindex calc-extract-units
27270 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
27271 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
27272 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
27273 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
27274 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
27275 constant 1, then resimplify the formula.@refill
27277 @kindex u a
27278 @pindex calc-autorange-units
27279 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
27280 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
27281 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
27282 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
27283 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
27284 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
27285 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
27286 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
27287 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
27289 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
27290 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
27291 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
27292 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
27293 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
27294 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
27295 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
27296 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
27297 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
27298 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
27299 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
27300 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
27301 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
27302 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
27303 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
27304 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
27306 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
27307 @section The Units Table
27309 @noindent
27310 @kindex u v
27311 @pindex calc-enter-units-table
27312 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
27313 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
27314 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
27315 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
27316 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
27317 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
27318 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
27319 and steradians.
27321 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
27322 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
27323 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
27324 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
27325 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27326 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27328 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27329 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27330 argument to @kbd{u v}.
27332 @kindex u V
27333 @pindex calc-view-units-table
27334 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27335 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27336 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27337 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{M-# c}
27338 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27339 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27340 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27342 @kindex u g
27343 @pindex calc-get-unit-definition
27344 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27345 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27346 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27347 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27348 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27349 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27350 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27351 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27352 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27354 @kindex u e
27355 @pindex calc-explain-units
27356 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27357 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27358 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27359 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27360 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27361 column of the Units Table.
27363 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27364 @section Predefined Units
27366 @noindent
27367 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27368 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27369 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27370 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27371 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27372 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27373 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27374 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27376 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27377 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27378 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27379 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27380 of the various temperature scales.
27382 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27383 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27385 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27386 @tex
27387 for \AA ngstroms.
27388 @end tex
27389 @ifinfo
27390 for Angstroms.
27391 @end ifinfo
27393 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27394 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  There is
27395 also @code{tpt}, which stands for a printer's point as defined by the
27396 @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 tpt = 1 in}.
27398 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27399 because algebra command could mistake this for the special constant
27400 @cite{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
27401 preferable to @code{e}.
27403 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
27404 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
27405 Meanwhile, one ``@cite{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
27407 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
27408 a metric ton of @samp{1000 kg}.
27410 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
27411 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
27413 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
27414 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
27415 constant.  You can use these just like other units: converting
27416 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
27417 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
27418 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
27419 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
27420 units.
27422 Two units, @code{pi} and @code{fsc} (the fine structure constant,
27423 approximately @i{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
27424 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
27425 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
27426 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
27427 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
27428 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
27429 really is unitless.)
27431 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
27433 @node User-Defined Units, , Predefined Units, Units
27434 @section User-Defined Units
27436 @noindent
27437 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
27438 units, as well as ways to define your own new units.
27440 @kindex u 0-9
27441 @pindex calc-quick-units
27442 @vindex Units
27443 @cindex @code{Units} variable
27444 @cindex Quick units
27445 To select your favorite units, store a vector of unit names or
27446 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
27447 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
27448 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
27449 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
27450 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
27451 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
27452 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
27453 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
27454 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
27455 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
27456 to @samp{2.5 ft}.
27458 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
27459 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
27460 variable has no stored value (the default), or if its value is not
27461 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
27462 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
27463 variable; @pxref{Operations on Variables}.
27465 @kindex u d
27466 @pindex calc-define-unit
27467 @cindex User-defined units
27468 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
27469 expression on the top of the stack as the definition for a new,
27470 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
27471 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
27472 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
27473 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
27474 prompted for an optional English description of the unit, which will
27475 appear in the Units Table.
27477 @kindex u u
27478 @pindex calc-undefine-unit
27479 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
27480 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
27481 however.
27483 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
27484 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
27485 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
27486 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
27487 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
27489 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
27490 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
27491 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
27492 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
27493 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
27494 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
27495 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
27496 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
27497 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
27499 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
27500 possible to create user-defined temperature units.
27502 @kindex u p
27503 @pindex calc-permanent-units
27504 @cindex @file{.emacs} file, user-defined units
27505 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
27506 units in your @file{.emacs} file, so that the units will still be
27507 available in subsequent Emacs sessions.  If there was already a set of
27508 user-defined units in your @file{.emacs} file, it is replaced by the
27509 new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to use
27510 a different file instead of @file{.emacs}.)
27512 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
27513 @chapter Storing and Recalling
27515 @noindent
27516 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
27517 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
27518 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
27519 to variables use the @kbd{s} prefix key.
27521 @menu
27522 * Storing Variables::
27523 * Recalling Variables::
27524 * Operations on Variables::
27525 * Let Command::
27526 * Evaluates-To Operator::
27527 @end menu
27529 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
27530 @section Storing Variables
27532 @noindent
27533 @kindex s s
27534 @pindex calc-store
27535 @cindex Storing variables
27536 @cindex Quick variables
27537 @vindex q0
27538 @vindex q9
27539 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
27540 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
27541 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
27542 immediately in one of the ``quick'' variables @code{var-q0} through
27543 @code{var-q9}.  Or you can enter any variable name.  The prefix @samp{var-}
27544 is supplied for you; when a name appears in a formula (as in @samp{a+q2})
27545 the prefix @samp{var-} is also supplied there, so normally you can simply
27546 forget about @samp{var-} everywhere.  Its only purpose is to enable you to
27547 use Calc variables without fear of accidentally clobbering some variable in
27548 another Emacs package.  If you really want to store in an arbitrary Lisp
27549 variable, just backspace over the @samp{var-}.
27551 @kindex s t
27552 @pindex calc-store-into
27553 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
27554 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
27555 value from the stack and stores it in a variable.
27557 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
27558 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
27559 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
27560 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
27561 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
27562 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
27563 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
27564 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
27566 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
27567 assignments with different variables on their lefthand sides; the
27568 default will be to store all the variables with their corresponding
27569 righthand sides simultaneously.
27571 It is also possible to type an equation or assignment directly at
27572 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
27573 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
27574 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
27575 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
27576 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
27578 @kindex s 0-9
27579 @kindex t 0-9
27580 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
27581 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
27582 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
27583 for trail and time/date commands.)
27585 @kindex s +
27586 @kindex s -
27587 @ignore
27588 @mindex @idots
27589 @end ignore
27590 @kindex s *
27591 @ignore
27592 @mindex @null
27593 @end ignore
27594 @kindex s /
27595 @ignore
27596 @mindex @null
27597 @end ignore
27598 @kindex s ^
27599 @ignore
27600 @mindex @null
27601 @end ignore
27602 @kindex s |
27603 @ignore
27604 @mindex @null
27605 @end ignore
27606 @kindex s n
27607 @ignore
27608 @mindex @null
27609 @end ignore
27610 @kindex s &
27611 @ignore
27612 @mindex @null
27613 @end ignore
27614 @kindex s [
27615 @ignore
27616 @mindex @null
27617 @end ignore
27618 @kindex s ]
27619 @pindex calc-store-plus
27620 @pindex calc-store-minus
27621 @pindex calc-store-times
27622 @pindex calc-store-div
27623 @pindex calc-store-power
27624 @pindex calc-store-concat
27625 @pindex calc-store-neg
27626 @pindex calc-store-inv
27627 @pindex calc-store-decr
27628 @pindex calc-store-incr
27629 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
27630 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
27631 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
27632 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
27633 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
27634 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
27636 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
27637 order of the operands.  If @cite{v} represents the contents of the
27638 variable, and @cite{a} is the value drawn from the stack, then regular
27639 @w{@kbd{s -}} assigns @c{$v \coloneq v - a$}
27640 @cite{v := v - a}, but @kbd{I s -} assigns
27641 @c{$v \coloneq a - v$}
27642 @cite{v := a - v}.  While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
27643 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
27644 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
27645 forwards and backwards:
27647 @example
27648 @group
27649 s +        v := v + a          v := a + v
27650 s -        v := v - a          v := a - v
27651 s *        v := v * a          v := a * v
27652 s /        v := v / a          v := a / v
27653 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
27654 s |        v := v | a          v := a | v
27655 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
27656 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
27657 s [        v := v - 1          v := 1 - v
27658 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
27659 @end group
27660 @end example
27662 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
27663 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
27664 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
27665 minus-two minus the variable.
27667 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
27668 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
27669 arithmetic stores that don't remove the value @cite{a} from the stack.
27671 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
27672 Trail for your information.  They signal an error if the variable
27673 previously had no stored value.  If default simplifications have been
27674 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
27675 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
27676 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
27677 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
27679 @kindex s m
27680 @pindex calc-store-map
27681 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
27682 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
27683 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
27684 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
27685 all you do is type the Calc command key that would invoke that
27686 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
27687 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
27688 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
27689 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
27690 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
27691 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
27693 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
27694 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
27695 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @cite{a}
27696 on the stack computes @cite{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
27697 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
27698 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
27699 equivalent to @kbd{I s -}.
27701 @kindex s x
27702 @pindex calc-store-exchange
27703 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
27704 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
27705 variable must already have a stored value for this to work.
27707 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
27708 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
27709 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
27711 @kindex s u
27712 @pindex calc-unstore
27713 @cindex Void variables
27714 @cindex Un-storing variables
27715 Until you store something in them, variables are ``void,'' that is, they
27716 contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula they
27717 will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
27718 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
27719 void state.@refill
27721 The only variables with predefined values are the ``special constants''
27722 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
27723 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
27724 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
27725 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
27726 you change the value of one of these variables, or of one of the other
27727 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
27728 normally void).
27730 Note that @code{var-pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored
27731 in it, but rather a special magic value that evaluates to @c{$\pi$}
27732 @cite{pi}
27733 at the current precision.  Likewise @code{var-e}, @code{var-i}, and
27734 @code{var-phi} evaluate according to the current precision or polar mode.
27735 If you recall a value from @code{pi} and store it back, this magic
27736 property will be lost.
27738 @kindex s c
27739 @pindex calc-copy-variable
27740 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
27741 value of one variable to another.  It differs from a simple @kbd{s r}
27742 followed by an @kbd{s t} in two important ways.  First, the value never
27743 goes on the stack and thus is never rounded, evaluated, or simplified
27744 in any way; it is not even rounded down to the current precision.
27745 Second, the ``magic'' contents of a variable like @code{var-e} can
27746 be copied into another variable with this command, perhaps because
27747 you need to unstore @code{var-e} right now but you wish to put it
27748 back when you're done.  The @kbd{s c} command is the only way to
27749 manipulate these magic values intact.
27751 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
27752 @section Recalling Variables
27754 @noindent
27755 @kindex s r
27756 @pindex calc-recall
27757 @cindex Recalling variables
27758 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
27759 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
27760 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
27761 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
27762 an error to try to recall a void variable.
27764 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
27765 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
27766 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
27767 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
27768 latter will produce an error message.
27770 @kindex r 0-9
27771 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
27772 equivalent to @kbd{s r 9}.  (The @kbd{r} prefix is otherwise unused
27773 in the current version of Calc.)
27775 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
27776 @section Other Operations on Variables
27778 @noindent
27779 @kindex s e
27780 @pindex calc-edit-variable
27781 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
27782 value of a variable without ever putting that value on the stack
27783 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
27784 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
27785 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
27786 empty when you press @kbd{M-# M-#} to finish, the variable will
27787 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
27788 description of editing.
27790 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
27791 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
27792 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
27793 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
27794 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
27795 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
27796 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
27797 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
27798 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
27799 as a side effect of putting the value on the stack.
27801 @kindex s A
27802 @kindex s D
27803 @ignore
27804 @mindex @idots
27805 @end ignore
27806 @kindex s E
27807 @ignore
27808 @mindex @null
27809 @end ignore
27810 @kindex s F
27811 @ignore
27812 @mindex @null
27813 @end ignore
27814 @kindex s G
27815 @ignore
27816 @mindex @null
27817 @end ignore
27818 @kindex s H
27819 @ignore
27820 @mindex @null
27821 @end ignore
27822 @kindex s I
27823 @ignore
27824 @mindex @null
27825 @end ignore
27826 @kindex s L
27827 @ignore
27828 @mindex @null
27829 @end ignore
27830 @kindex s P
27831 @ignore
27832 @mindex @null
27833 @end ignore
27834 @kindex s R
27835 @ignore
27836 @mindex @null
27837 @end ignore
27838 @kindex s T
27839 @ignore
27840 @mindex @null
27841 @end ignore
27842 @kindex s U
27843 @ignore
27844 @mindex @null
27845 @end ignore
27846 @kindex s X
27847 @pindex calc-store-AlgSimpRules
27848 @pindex calc-store-Decls
27849 @pindex calc-store-EvalRules
27850 @pindex calc-store-FitRules
27851 @pindex calc-store-GenCount
27852 @pindex calc-store-Holidays
27853 @pindex calc-store-IntegLimit
27854 @pindex calc-store-LineStyles
27855 @pindex calc-store-PointStyles
27856 @pindex calc-store-PlotRejects
27857 @pindex calc-store-TimeZone
27858 @pindex calc-store-Units
27859 @pindex calc-store-ExtSimpRules
27860 There are several special-purpose variable-editing commands that
27861 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
27863 @table @kbd
27864 @item s A
27865 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
27866 @item s D
27867 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
27868 @item s E
27869 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Default Simplifications}.
27870 @item s F
27871 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
27872 @item s G
27873 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
27874 @item s H
27875 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
27876 @item s I
27877 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
27878 @item s L
27879 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
27880 @item s P
27881 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
27882 @item s R
27883 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
27884 @item s T
27885 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
27886 @item s U
27887 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
27888 @item s X
27889 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
27890 @end table
27892 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
27893 names rather than prompting for the variable name.
27895 @kindex s p
27896 @pindex calc-permanent-variable
27897 @cindex Storing variables
27898 @cindex Permanent variables
27899 @cindex @file{.emacs} file, variables
27900 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
27901 variable's value permanently in your @file{.emacs} file, so that its
27902 value will still be available in future Emacs sessions.  You can
27903 re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
27904 only way to remove a saved variable is to edit your @file{.emacs} file
27905 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
27906 use a different file instead of @file{.emacs}.)
27908 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
27909 @kbd{s p @key{RET}}), all @samp{var-} variables with defined values
27910 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
27911 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
27912 and @code{PlotRejects};
27913 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
27914 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
27915 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
27916 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)@refill
27918 @kindex s i
27919 @pindex calc-insert-variables
27920 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
27921 the values of all @samp{var-} variables into a specified buffer.
27922 The variables are written in the form of Lisp @code{setq} commands
27923 which store the values in string form.  You can place these commands
27924 in your @file{.emacs} buffer if you wish, though in this case it
27925 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
27926 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
27927 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
27928 stores in a more human-readable format.)
27930 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
27931 @section The Let Command
27933 @noindent
27934 @kindex s l
27935 @pindex calc-let
27936 @cindex Variables, temporary assignment
27937 @cindex Temporary assignment to variables
27938 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
27939 compute its value where @cite{b=3}, you can simply store 3 in @cite{b} and
27940 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
27941 of leaving the stored value of 3 in @cite{b} for future operations.
27943 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
27944 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
27945 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
27946 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
27947 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
27948 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
27949 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
27950 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
27951 by these commands.
27953 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
27954 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
27955 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
27957 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
27958 assignment:  @kbd{s l b=3 @key{RET}} is the same as storing 3 on the stack
27959 and typing @kbd{s l b @key{RET}}.
27961 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
27962 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
27963 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
27964 example, letting @cite{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
27965 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
27966 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
27968 @node Evaluates-To Operator, , Let Command, Store and Recall
27969 @section The Evaluates-To Operator
27971 @noindent
27972 @tindex evalto
27973 @tindex =>
27974 @cindex Evaluates-to operator
27975 @cindex @samp{=>} operator
27976 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
27977 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
27978 other language modes like Pascal and @TeX{}.)  This is a binary
27979 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
27980 although it can be entered with the righthand argument omitted.
27982 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
27983 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
27984 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
27985 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
27986 command according to all current modes and stored variable values,
27987 and the result is installed as the new value of @var{b}.
27989 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
27990 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
27991 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
27993 @kindex s =
27994 @pindex calc-evalto
27995 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
27996 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
27997 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
27998 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
27999 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
28001 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
28002 recomputes them whenever anything changes that might affect their
28003 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
28004 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
28005 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
28006 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
28007 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
28008 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
28009 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
28010 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
28011 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
28012 make a concise display of all the variables in your problem.
28013 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
28014 which provides a slightly different format of display.  You
28015 can use whichever you find easiest to read.)
28017 @kindex m C
28018 @pindex calc-auto-recompute
28019 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
28020 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
28021 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
28022 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
28023 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
28024 a lot of time if you will be changing several modes or variables
28025 before you look at the @samp{=>} entries again.
28027 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
28028 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
28029 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
28030 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
28031 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
28032 to select the lefthand side, execute your commands, then type
28033 @kbd{j u} to unselect.
28035 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
28036 including the current simplification mode.  Recall that the
28037 formula @samp{x + y + x} is not handled by Calc's default
28038 simplifications, but the @kbd{a s} command will reduce it to
28039 the simpler form @samp{y + 2 x}.  You can also type @kbd{m A}
28040 to enable an algebraic-simplification mode in which the
28041 equivalent of @kbd{a s} is used on all of Calc's results.
28042 If you enter @samp{x + y + x =>} normally, the result will
28043 be @samp{x + y + x => x + y + x}.  If you change to
28044 algebraic-simplification mode, the result will be
28045 @samp{x + y + x => y + 2 x}.  However, just pressing @kbd{a s}
28046 once will have no effect on @samp{x + y + x => x + y + x},
28047 because the righthand side depends only on the lefthand side
28048 and the current mode settings, and the lefthand side is not
28049 affected by commands like @kbd{a s}.
28051 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
28052 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
28053 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
28054 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
28055 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
28056 side will temporarily show this value for the variable.  In
28057 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
28058 to that variable.  But this change is temporary in the sense
28059 that the next command that causes Calc to look at those stack
28060 entries will make them revert to the old variable value.
28062 @smallexample
28063 @group
28064 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
28065 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
28066     .                      .                   .
28068                            17 s l a @key{RET}        p 8 @key{RET}
28069 @end group
28070 @end smallexample
28072 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
28073 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
28074 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d @key{SPC}} command
28075 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
28076 operators on the stack to be recomputed without any other
28077 side effects.
28079 @kindex s :
28080 @pindex calc-assign
28081 @tindex assign
28082 @tindex :=
28083 Embedded Mode also uses @samp{=>} operators.  In embedded mode,
28084 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
28085 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
28086 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
28087 by itself.  But Embedded Mode recognizes it and marks it as a sort
28088 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
28089 operators in algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
28090 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
28091 and value from the stack and replaces them with an assignment.
28093 @xref{TeX Language Mode}, for the way @samp{=>} appears in
28094 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
28095 treatment to @samp{=>}.
28097 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
28098 @chapter Graphics
28100 @noindent
28101 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
28102 uses GNUPLOT 2.0 or 3.0 to do graphics.  These commands will only work
28103 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
28104 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
28105 However, it is free software and can be obtained from the Free
28106 Software Foundation's machine @samp{prep.ai.mit.edu}.)
28108 @vindex calc-gnuplot-name
28109 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
28110 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable
28111 in your @file{.emacs} file.  You may also need to set some Lisp
28112 variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
28113 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are
28114 using the X window system, Calc will configure GNUPLOT for you
28115 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 and you are not using X,
28116 Calc will configure GNUPLOT to display graphs using simple character
28117 graphics that will work on any terminal.
28119 @menu
28120 * Basic Graphics::
28121 * Three Dimensional Graphics::
28122 * Managing Curves::
28123 * Graphics Options::
28124 * Devices::
28125 @end menu
28127 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
28128 @section Basic Graphics
28130 @noindent
28131 @kindex g f
28132 @pindex calc-graph-fast
28133 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
28134 This command takes two vectors of equal length from the stack.
28135 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
28136 the various data points.  The vector in the second-to-top position
28137 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
28138 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
28139 commands) and displays the set of data points.  The points will
28140 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
28141 to indicate the points themselves.
28143 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
28144 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
28145 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
28147 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
28148 sequence of ``x'' values @cite{x}, @cite{x+1}, @cite{x+2}, etc.
28149 (Generally the number 0 or 1 would be used for @cite{x} in this case.)
28151 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
28152 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
28153 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
28154 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
28155 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
28156 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
28157 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
28158 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
28159 or an interval if ``y'' is a formula.)
28161 @ignore
28162 @starindex
28163 @end ignore
28164 @tindex xy
28165 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
28166 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
28167 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
28168 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
28169 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
28170 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
28171 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
28172 will be a circle.@refill
28174 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
28175 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
28176 variables.
28178 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
28179 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
28180 be real numbers (integers, fractions, or floats).  If either the ``x''
28181 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
28182 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
28183 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
28185 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
28186 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
28188 @cindex @code{PlotRejects} variable
28189 @vindex PlotRejects
28190 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
28191 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
28192 this vector for every data point which was rejected because its
28193 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
28194 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
28195 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
28196 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
28197 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
28198 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
28199 @code{PlotRejects}.
28201 @kindex g c
28202 @pindex calc-graph-clear
28203 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
28204 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
28205 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
28206 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
28207 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
28208 window if there is one.
28210 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
28211 @section Three-Dimensional Graphics
28213 @kindex g F
28214 @pindex calc-graph-fast-3d
28215 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
28216 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
28217 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
28219 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
28220 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
28221 are several options for these values.
28223 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
28224 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
28225 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
28226 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
28227 result is a surface plot where @c{$z_{ij}$}
28228 @cite{z_ij} is the height of the point
28229 at coordinate @cite{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
28230 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
28231 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
28232 buffer as described later.  See the GNUPLOT 3.0 documentation for a
28233 description of the @samp{set view} command.
28235 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
28236 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
28238 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
28239 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
28240 where the coordinates of points along the line are successive triplets
28241 of values from the input vectors.
28243 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
28244 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
28245 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
28246 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
28247 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
28248 3D surface.
28250 @ignore
28251 @starindex
28252 @end ignore
28253 @tindex xyz
28254 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
28255 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
28256 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
28257 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
28258 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
28259 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
28260 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
28261 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
28262 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
28263 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
28264 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
28265 vectors with more than 5 elements.
28267 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
28268 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
28269 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
28270 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
28271 helix (a three-dimensional spiral).
28273 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
28274 variables containing the relevant data.
28276 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
28277 @section Managing Curves
28279 @noindent
28280 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
28281 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
28282 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
28283 by using these commands directly.
28285 @kindex g a
28286 @pindex calc-graph-add
28287 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
28288 represented by the two values on the top of the stack to the current
28289 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
28290 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
28291 on the same axes.
28293 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
28294 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
28295 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
28296 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
28297 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
28298 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
28299 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
28300 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
28301 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
28302 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
28303 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
28304 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
28305 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28307 @vindex PlotData1
28308 @vindex PlotData2
28309 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
28310 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
28311 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
28312 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
28313 that uses a certain variable and then later change that variable, you
28314 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
28315 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
28316 itself, is what was added by @kbd{g a}.
28318 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
28319 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
28320 argument @cite{n}, the top @cite{n} stack entries are ``y'' values
28321 for @cite{n} different curves which share a common ``x'' value in
28322 the @cite{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
28323 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
28325 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
28326 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
28327 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
28329 A negative prefix argument tells Calc to read @cite{n} vectors from
28330 the stack; each vector @cite{[x, y]} describes an independent curve.
28331 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
28332 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
28333 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
28334 they are to look nice on the same graph.)
28336 For example, to plot @c{$\sin n x$}
28337 @cite{sin(n x)} for integers @cite{n}
28338 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
28339 (@cite{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
28340 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
28341 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
28342 command.
28344 @kindex g A
28345 @pindex calc-graph-add-3d
28346 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
28347 to the graph.  It is not legal to intermix 2D and 3D curves in a
28348 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
28349 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @cite{n}, it
28350 takes @cite{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @cite{n}
28351 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
28352 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
28353 prefix @cite{-n}, it takes @cite{n} vectors of the form @cite{[x, y, z]}.
28354 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
28355 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28357 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
28358 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
28359 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
28360 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
28361 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
28362 check for this.)
28364 @kindex g d
28365 @pindex calc-graph-delete
28366 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
28367 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
28368 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
28369 it deletes all of the curves from the graph.
28371 @kindex g H
28372 @pindex calc-graph-hide
28373 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
28374 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
28375 the actual plot, but information about it such as its name and line and
28376 point styles will be retained.
28378 @kindex g j
28379 @pindex calc-graph-juggle
28380 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
28381 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
28382 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
28383 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
28384 with any curve in the graph even though curve-related commands only
28385 affect the last curve in the list.
28387 @kindex g p
28388 @pindex calc-graph-plot
28389 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
28390 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
28391 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
28392 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
28393 command are written to a temporary data file and the variable names
28394 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
28395 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
28396 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
28397 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
28399 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
28400 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
28401 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
28402 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
28403 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
28404 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
28405 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
28407 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
28408 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
28409 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
28410 the data points it has computed and saved from previous plots of the
28411 function, and computes and inserts a new data point midway between
28412 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
28413 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
28415 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
28416 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
28417 the current graph is three-dimensional.
28419 @kindex g P
28420 @pindex calc-graph-print
28421 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
28422 except that it sends the output to a printer instead of to the
28423 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
28424 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
28425 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
28426 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
28427 uses a different set of default values.  All of these values are
28428 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
28429 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
28430 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
28431 always plot to the printer.
28433 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
28434 @section Graphics Options
28436 @noindent
28437 @kindex g g
28438 @pindex calc-graph-grid
28439 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
28440 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
28441 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
28442 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
28443 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
28444 of the change you must give another @kbd{g p} command.
28446 @kindex g b
28447 @pindex calc-graph-border
28448 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
28449 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
28450 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
28452 @kindex g k
28453 @pindex calc-graph-key
28454 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
28455 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
28456 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
28457 off by default, and is only really useful if you have several
28458 curves on the same graph.
28460 @kindex g N
28461 @pindex calc-graph-num-points
28462 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
28463 to select the number of data points in the graph.  This only affects
28464 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
28465 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
28466 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
28467 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
28468 a blank line, displays the default number of points used for all
28469 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
28470 With a negative prefix argument, this command changes or displays
28471 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
28472 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @cite{5^2 = 25} points
28473 will be computed for the surface.
28475 Data values in the graph of a function are normally computed to a
28476 precision of five digits, regardless of the current precision at the
28477 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
28478 it will not be.  For example, plotting @cite{1 + x} with @cite{x} in the
28479 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
28480 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
28481 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
28482 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
28483 there is no keystroke-based command to set the precision.
28485 @kindex g h
28486 @pindex calc-graph-header
28487 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
28488 for the graph.  This will show up centered above the graph.
28489 The default title is blank (no title).
28491 @kindex g n
28492 @pindex calc-graph-name
28493 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
28494 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
28495 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
28496 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
28497 the other curves you must first juggle them to the end of the list
28498 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
28499 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
28500 not used.
28502 @kindex g t
28503 @kindex g T
28504 @pindex calc-graph-title-x
28505 @pindex calc-graph-title-y
28506 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
28507 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
28508 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
28509 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
28510 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
28511 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
28512 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
28514 @kindex g r
28515 @kindex g R
28516 @pindex calc-graph-range-x
28517 @pindex calc-graph-range-y
28518 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
28519 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
28520 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
28521 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
28522 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
28523 default behavior of setting the range based on the range of values
28524 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
28525 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
28526 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
28528 @kindex g l
28529 @kindex g L
28530 @pindex calc-graph-log-x
28531 @pindex calc-graph-log-y
28532 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
28533 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
28534 be logarithmic instead of linear.
28536 @kindex g C-l
28537 @kindex g C-r
28538 @kindex g C-t
28539 @pindex calc-graph-log-z
28540 @pindex calc-graph-range-z
28541 @pindex calc-graph-title-z
28542 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
28543 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
28544 for the ``z'' axis.
28546 @kindex g z
28547 @kindex g Z
28548 @pindex calc-graph-zero-x
28549 @pindex calc-graph-zero-y
28550 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
28551 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
28552 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
28553 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
28554 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
28555 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
28556 not available for 3D plots.
28558 @kindex g s
28559 @pindex calc-graph-line-style
28560 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
28561 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
28562 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
28563 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
28564 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
28565 start at one and their meanings vary depending on the output device.
28566 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
28567 available for any device.
28569 @kindex g S
28570 @pindex calc-graph-point-style
28571 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
28572 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
28573 If you turn both lines and points off, the data points will show as
28574 tiny dots.
28576 @cindex @code{LineStyles} variable
28577 @cindex @code{PointStyles} variable
28578 @vindex LineStyles
28579 @vindex PointStyles
28580 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
28581 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
28582 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
28583 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
28584 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
28585 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
28586 the style be chosen automatically, or @i{-1} to turn off lines or points
28587 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
28588 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
28589 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
28591 For example, @kbd{'[2 -1 3] @key{RET} s t LineStyles} causes the first curve
28592 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
28593 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
28594 still be assigned automatically, but you could store another vector in
28595 @code{PointStyles} to define them, too.
28597 @node Devices, , Graphics Options, Graphics
28598 @section Graphical Devices
28600 @noindent
28601 @kindex g D
28602 @pindex calc-graph-device
28603 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
28604 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
28605 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
28606 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
28607 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
28609 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
28610 the default device name, used by all plots in the future which do
28611 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
28612 blank line this command shows you the current default.  The special
28613 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
28614 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
28615 @code{DISPLAY} environment variable), or otherwise @code{dumb} under
28616 GNUPLOT 3.0 and later, or @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.
28617 This is the initial default value.
28619 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
28620 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
28621 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
28622 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
28623 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
28624 dumb terminals will be @c{$80\times24$}
28625 @asis{80x24} characters.  The graph is displayed in
28626 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{M-# M-#} to exit
28627 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
28628 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
28630 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
28631 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
28632 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
28633 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
28634 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
28635 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
28636 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
28637 of the four directions.
28639 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
28640 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
28641 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
28642 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
28643 plot on any text-only printer.
28645 @kindex g O
28646 @pindex calc-graph-output
28647 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of
28648 the output file used by GNUPLOT.  For some devices, notably @code{x11},
28649 there is no output file and this information is not used.  Many other
28650 ``devices'' are really file formats like @code{postscript}; in these
28651 cases the output in the desired format goes into the file you name
28652 with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout @key{RET}} to set GNUPLOT to write
28653 to its standard output stream, i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.
28654 This is the default setting.
28656 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
28657 is going to write graphics commands directly to its standard output,
28658 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
28659 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
28660 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
28661 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
28662 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
28663 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
28664 to Emacs afterwards to refresh the screen.
28666 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
28667 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
28668 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
28669 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
28670 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
28671 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
28673 The default and printer devices and output files can be saved
28674 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
28675 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
28676 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
28677 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
28678 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28680 @vindex calc-gnuplot-plot-command
28681 @vindex calc-gnuplot-default-device
28682 @vindex calc-gnuplot-default-output
28683 @vindex calc-gnuplot-print-command
28684 @vindex calc-gnuplot-print-device
28685 @vindex calc-gnuplot-print-output
28686 If you are installing Calc you may wish to configure the default and
28687 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
28688 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
28689 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
28690 file names must be either strings as described above, or Lisp
28691 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
28693 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
28694 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
28695 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
28696 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
28697 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
28698 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
28699 to display or print the output.
28701 @kindex g x
28702 @pindex calc-graph-display
28703 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
28704 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
28705 a blank line to see the current display name.  This command has no
28706 effect unless the current device is @code{x11}.
28708 @kindex g X
28709 @pindex calc-graph-geometry
28710 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
28711 command for specifying the position and size of the X window.
28712 The normal value is @code{default}, which generally means your
28713 window manager will let you place the window interactively.
28714 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
28715 window in the upper-left corner of the screen.
28717 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
28718 session with GNUPLOT.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
28719 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
28720 error message has appeared here and display the buffer for you when
28721 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
28722 something has gone wrong.
28724 @kindex g C
28725 @pindex calc-graph-command
28726 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
28727 enter any line of text, then simply sends that line to the current
28728 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
28729 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
28730 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
28732 @kindex g v
28733 @kindex g V
28734 @pindex calc-graph-view-commands
28735 @pindex calc-graph-view-trail
28736 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
28737 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
28738 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
28739 This happens automatically when Calc thinks there is something you
28740 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
28741 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
28742 buffer is hidden again.
28744 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
28745 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
28746 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
28747 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
28748 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
28749 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
28750 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
28751 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
28752 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
28753 You may have to type @kbd{g C @key{RET}} a few times to clear the
28754 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
28755 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
28756 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
28757 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
28758 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
28759 with @kbd{g p}.
28761 @kindex g q
28762 @pindex calc-graph-quit
28763 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
28764 process that is running.  The next graphing command you give will
28765 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
28766 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
28767 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
28768 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
28770 @kindex g K
28771 @pindex calc-graph-kill
28772 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
28773 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
28774 you can see the process being killed.  This is better if you are
28775 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
28777 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
28778 @chapter Kill and Yank Functions
28780 @noindent
28781 The commands in this chapter move information between the Calculator and
28782 other Emacs editing buffers.
28784 In many cases Embedded Mode is an easier and more natural way to
28785 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
28787 @menu
28788 * Killing From Stack::
28789 * Yanking Into Stack::
28790 * Grabbing From Buffers::
28791 * Yanking Into Buffers::
28792 * X Cut and Paste::
28793 @end menu
28795 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
28796 @section Killing from the Stack
28798 @noindent
28799 @kindex C-k
28800 @pindex calc-kill
28801 @kindex M-k
28802 @pindex calc-copy-as-kill
28803 @kindex C-w
28804 @pindex calc-kill-region
28805 @kindex M-w
28806 @pindex calc-copy-region-as-kill
28807 @cindex Kill ring
28808 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the
28809 ``kill ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y}
28810 command.  Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which
28811 kills one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point,
28812 and @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
28813 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too.  Also,
28814 @kbd{M-k} has been provided to complete the set; it puts the current line
28815 into the kill ring without deleting anything.
28817 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
28818 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below the
28819 bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.  Otherwise,
28820 they operate on whatever stack element the cursor is on.  Calc's kill
28821 commands always operate on whole stack entries.  (They act the same as their
28822 standard Emacs cousins except they ``round up'' the specified region to
28823 encompass full lines.)  The text is copied into the kill ring exactly as
28824 it appears on the screen, including line numbers if they are enabled.
28826 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
28827 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @cite{n-1}
28828 lines below it.  A negative argument kills the @cite{-n} lines above the
28829 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
28830 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
28831 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
28832 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
28833 newline.
28835 @node Yanking Into Stack, Grabbing From Buffers, Killing From Stack, Kill and Yank
28836 @section Yanking into the Stack
28838 @noindent
28839 @kindex C-y
28840 @pindex calc-yank
28841 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
28842 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
28843 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
28844 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
28845 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
28846 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
28847 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
28848 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
28849 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
28850 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
28851 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
28852 difference.)
28854 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
28855 @section Grabbing from Other Buffers
28857 @noindent
28858 @kindex M-# g
28859 @pindex calc-grab-region
28860 The @kbd{M-# g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
28861 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
28862 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
28863 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
28864 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
28865 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
28866 If the @kbd{M-# g} command works successfully, it does an automatic
28867 @kbd{M-# c} to enter the Calculator buffer.
28869 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
28870 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
28871 @cite{n}th following newline (so that @kbd{M-1 M-# g} grabs from point
28872 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
28873 back to the @cite{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
28874 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
28875 delete given that prefix argument.
28877 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
28878 line.
28880 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
28881 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
28882 @kbd{M-# g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
28883 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u M-# g} on the same region
28884 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
28885 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
28886 vector of one element by plain @kbd{M-# g} because the interpretation
28887 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
28889 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
28890 the grabbed text will be interpreted according to that language.
28892 @kindex M-# r
28893 @pindex calc-grab-rectangle
28894 The @kbd{M-# r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
28895 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
28896 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
28897 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
28898 whose contents are parsed.
28900 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
28901 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
28902 only if every row contains the same number of values.
28904 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
28905 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
28906 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
28907 is ignored.
28909 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
28910 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
28911 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
28912 force this interpretation (even if the line contains bracketed
28913 portions), give a negative numeric prefix argument to the
28914 @kbd{M-# r} command.
28916 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
28917 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
28918 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u M-# r} will be a
28919 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
28920 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{M-# r}} will interpret this as
28921 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
28922 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u M-# r} will interpret this row
28923 as @samp{[2*a]}.
28925 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
28926 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
28927 separately as a matrix element.  If a line contained
28928 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
28929 would correctly split the line into two error forms.@refill
28931 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
28932 constituent rows and columns.  (If it is a @c{$1\times1$}
28933 @asis{1x1} matrix, just hit @kbd{v u}
28934 (@code{calc-unpack}) twice.)
28936 @kindex M-# :
28937 @kindex M-# _
28938 @pindex calc-grab-sum-across
28939 @pindex calc-grab-sum-down
28940 @cindex Summing rows and columns of data
28941 The @kbd{M-# :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
28942 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
28943 typing @kbd{M-# r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
28944 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
28945 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
28946 in the input data.  The @kbd{M-# _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
28947 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
28949 As well as being more convenient, @kbd{M-# :} and @kbd{M-# _} are also
28950 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
28951 the stack.  In a @kbd{M-# r V R : +} sequence, formatting the vector
28952 for display on the stack takes a large fraction of the total time
28953 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
28955 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
28956 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
28957 set the mark; go to the other corner and type @kbd{M-# :}.  Since there
28958 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
28959 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
28960 you want to do further arithmetic with it.)
28962 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
28963 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
28964 Use @kbd{M-# r} to grab the column of numbers into the calculator in
28965 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
28966 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
28967 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
28968 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
28970 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
28971 @section Yanking into Other Buffers
28973 @noindent
28974 @kindex y
28975 @pindex calc-copy-to-buffer
28976 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
28977 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
28978 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
28979 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
28980 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
28981 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
28982 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
28983 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
28985 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
28986 A positive argument inserts the specified number of values from the top
28987 of the stack.  A negative argument inserts the @cite{n}th value from the
28988 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
28989 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
28990 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
28991 latter strips off the trailing newline.
28993 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
28994 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
28995 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
28996 @kbd{M-# g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
28997 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
28998 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
28999 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
29000 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
29001 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
29002 @kbd{M-# g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{M-# r}).@refill
29004 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
29005 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
29006 overwrite the characters following point rather than being inserted
29007 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
29008 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
29009 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
29010 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
29011 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
29012 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
29013 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
29014 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
29015 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
29016 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
29017 to overwriting one complete number with another.
29019 @kindex M-# y
29020 The @kbd{M-# y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
29021 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
29022 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
29024 @node X Cut and Paste, , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
29025 @section X Cut and Paste
29027 @noindent
29028 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
29029 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
29030 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
29032 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
29033 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
29034 select the text between the cursor and the clicked location, and
29035 the middle button to yank the selection into the buffer at the
29036 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
29037 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
29038 to select a number, vector, or formula from one window, then
29039 middle-click to paste that value into the other window.  When you
29040 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
29041 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
29042 new value is always pushed onto the top of the stack.
29044 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
29045 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
29046 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
29047 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
29048 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
29049 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
29050 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
29051 in the Calc window.
29053 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Introduction
29054 @chapter ``Keypad'' Mode
29056 @noindent
29057 @kindex M-# k
29058 @pindex calc-keypad
29059 The @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
29060 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
29061 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
29062 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
29063 The original window remains the selected window; in keypad mode
29064 you can type in your file while simultaneously performing
29065 calculations with the mouse.
29067 @pindex full-calc-keypad
29068 If you have used @kbd{M-# b} first, @kbd{M-# k} instead invokes
29069 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
29070 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
29071 trail all at once.  This mode would normally be used when running
29072 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
29074 If you aren't using the X window system, you must switch into
29075 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
29076 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
29077 is easier than using Calc normally, go right ahead.
29079 Calc commands are more or less the same in keypad mode.  Certain
29080 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
29081 keystrokes; all such deviations are described below.
29083 Keypad Mode includes many more commands than will fit on the keypad
29084 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
29085 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
29086 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
29087 To return to earlier menus, click the middle mouse button
29088 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
29089 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
29090 is equivalent to clicking the right mouse button there.
29092 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
29093 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
29094 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
29095 original buffer.
29097 @menu
29098 * Keypad Main Menu::
29099 * Keypad Functions Menu::
29100 * Keypad Binary Menu::
29101 * Keypad Vectors Menu::
29102 * Keypad Modes Menu::
29103 @end menu
29105 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
29106 @section Main Menu
29108 @smallexample
29109 @group
29110 |----+-----Calc 2.00-----+----1
29111 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
29112 |----+----+----+----+----+----|
29113 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
29114 |----+----+----+----+----+----|
29115 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
29116 |----+----+----+----+----+----|
29117 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
29118 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
29119 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
29120 |-----+-----+-----+-----+-----|
29121 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
29122 |-----+-----+-----+-----+-----|
29123 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
29124 |-----+-----+-----+-----+-----|
29125 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
29126 |-----+-----+-----+-----+-----+
29127 @end group
29128 @end smallexample
29130 @noindent
29131 This is the menu that appears the first time you start Keypad Mode.
29132 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
29133 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
29134 screen you will be able to see the top three stack entries.
29136 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
29137 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
29138 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
29139 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
29140 or any other function key.
29142 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
29143 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
29144 At other times it changes the sign of the number on the top of the
29145 stack.
29147 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
29148 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad Mode
29149 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
29150 below and in the following sections.
29152 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
29153 duplicates the top entry on the stack.
29155 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
29156 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
29157 ``last arguments'' (@kbd{M-@key{RET}}).
29159 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
29160 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
29161 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
29162 the stack, then removes that many additional stack elements.
29164 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
29165 that would normally work in Calc mode.  This can include a
29166 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
29167 switch into the Calc window and type commands in it; there is
29168 nothing ``magic'' about this window when Keypad Mode is active.
29170 The other keys in this display perform their obvious calculator
29171 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
29172 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
29173 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
29175 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
29176 give you access to some common functions even if the appropriate menu
29177 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
29178 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
29180 @table @kbd
29181 @item INV +/-
29182 is the same as @key{1/x}.
29183 @item INV +
29184 is the same as @key{SQRT}.
29185 @item INV -
29186 is the same as @key{CONJ}.
29187 @item INV *
29188 is the same as @key{y^x}.
29189 @item INV /
29190 is the same as @key{INV y^x} (the @cite{x}th root of @cite{y}).
29191 @item HYP/INV 1
29192 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
29193 @item HYP/INV 2
29194 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
29195 @item HYP/INV 3
29196 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
29197 @item INV/HYP 4
29198 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
29199 @item INV/HYP 5
29200 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
29201 @item INV 6
29202 is the same as @key{ABS}.
29203 @item INV 7
29204 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
29205 @item INV 8
29206 is the same as @key{CLN2}.
29207 @item INV 9
29208 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
29209 @item INV 0
29210 is the same as @key{IMAG}.
29211 @item INV .
29212 is the same as @key{PREC}.
29213 @item INV ENTER
29214 is the same as @key{SWAP}.
29215 @item HYP ENTER
29216 is the same as @key{RLL3}.
29217 @item INV HYP ENTER
29218 is the same as @key{OVER}.
29219 @item HYP +/-
29220 packs the top two stack entries as an error form.
29221 @item HYP EEX
29222 packs the top two stack entries as a modulo form.
29223 @item INV EEX
29224 creates an interval form; this removes an integer which is one
29225 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
29226 by the two limits of the interval.
29227 @end table
29229 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{M-# k} or @kbd{M-# M-#}
29230 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
29231 hitting @kbd{M-# c} again in the normal calculator.  If Calc is
29232 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
29233 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
29234 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
29236 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
29237 @section Functions Menu
29239 @smallexample
29240 @group
29241 |----+----+----+----+----+----2
29242 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
29243 |----+----+----+----+----+----|
29244 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
29245 |----+----+----+----+----+----|
29246 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
29247 |----+----+----+----+----+----|
29248 @end group
29249 @end smallexample
29251 @noindent
29252 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
29253 prefix keys.
29255 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
29256 number @cite{i = (0, 1)}.
29258 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
29259 extracts the imaginary part.
29261 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
29262 a random number greater than or equal to zero but less than that
29263 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
29264 again'' command; it computes another random number using the
29265 same limit as last time.
29267 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
29269 @key{INV FACT} is the gamma function.  @c{$\Gamma(x) = (x-1)!$}
29270 @cite{gamma(x) = (x-1)!}.
29272 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
29273 @kbd{H k c} key in normal Calc.
29275 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
29276 finds the previous prime.
29278 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
29279 @section Binary Menu
29281 @smallexample
29282 @group
29283 |----+----+----+----+----+----3
29284 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
29285 |----+----+----+----+----+----|
29286 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
29287 |----+----+----+----+----+----|
29288 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
29289 |----+----+----+----+----+----|
29290 @end group
29291 @end smallexample
29293 @noindent
29294 The keys in this menu perform operations on binary integers.
29295 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
29296 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
29298 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
29299 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
29301 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
29302 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
29303 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
29304 for entering hexadecimal numbers.
29306 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
29307 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
29308 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
29309 The initial word size is 32 bits.
29311 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
29312 @section Vectors Menu
29314 @smallexample
29315 @group
29316 |----+----+----+----+----+----4
29317 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
29318 |----+----+----+----+----+----|
29319 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
29320 |----+----+----+----+----+----|
29321 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
29322 |----+----+----+----+----+----|
29323 @end group
29324 @end smallexample
29326 @noindent
29327 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
29329 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
29330 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
29331 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
29332 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
29333 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
29334 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
29335 rows into a matrix.
29337 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
29338 components separately.
29340 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
29341 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
29342 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
29343 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
29344 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
29346 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
29347 identity matrix.
29349 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
29351 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
29353 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
29354 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
29356 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
29357 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
29358 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
29359 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
29361 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
29362 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
29363 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
29365 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
29366 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
29367 @key{HYP MAX} computes the median.
29369 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
29370 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
29371 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
29372 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
29373 all the elements of a vector.
29375 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
29376 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
29377 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
29378 second-to-top position and matches them to the variables in
29379 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
29380 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
29381 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
29382 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
29383 the formula @samp{x^y}.
29385 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @cite{x} onto the
29386 stack.  To build the formula @cite{x^2 + 6}, you would use the
29387 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
29388 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
29389 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
29390 @kbd{"x"} key pushes the variable names @cite{y}, @cite{z}, and
29391 @cite{t}, respectively.
29393 @node Keypad Modes Menu, , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
29394 @section Modes Menu
29396 @smallexample
29397 @group
29398 |----+----+----+----+----+----5
29399 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
29400 |----+----+----+----+----+----|
29401 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
29402 |----+----+----+----+----+----|
29403 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
29404 |----+----+----+----+----+----|
29405 @end group
29406 @end smallexample
29408 @noindent
29409 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
29411 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
29412 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
29413 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
29414 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
29415 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
29417 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
29418 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
29419 well as to the left.
29421 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
29422 for trigonometric functions.
29424 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
29425 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
29426 fractional or floating-point results.
29428 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
29429 polar or rectangular complex numbers are used by default.
29431 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
29432 operations that would produce inexact floating-point results
29433 are left unevaluated as algebraic formulas.
29435 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
29436 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
29438 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
29439 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
29440 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
29441 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
29443 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
29444 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
29445 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
29446 variables are not available in Keypad Mode.)  You can also use,
29447 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
29449 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
29450 @chapter Embedded Mode
29452 @noindent
29453 Embedded Mode in Calc provides an alternative to copying numbers
29454 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
29455 stack.  In Embedded Mode, your editing buffer becomes temporarily
29456 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
29458 @menu
29459 * Basic Embedded Mode::
29460 * More About Embedded Mode::
29461 * Assignments in Embedded Mode::
29462 * Mode Settings in Embedded Mode::
29463 * Customizing Embedded Mode::
29464 @end menu
29466 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
29467 @section Basic Embedded Mode
29469 @noindent
29470 @kindex M-# e
29471 @pindex calc-embedded
29472 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
29473 formula in any buffer and press @kbd{M-# e} (@code{calc-embedded}).
29474 Note that @kbd{M-# e} is not to be used in the Calc stack buffer
29475 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
29476 are visiting your own files.
29478 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
29479 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
29480 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded Mode
29481 understands are:
29483 @enumerate
29484 @item
29485 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
29486 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
29487 @item
29488 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end};
29489 @item
29490 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
29491 @item
29492 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
29493 @item
29494 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
29495 @end enumerate
29497 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
29498 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
29499 on their own separate lines or in-line with the formula.
29501 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
29502 instead uses the current point as one end of the formula, and moves
29503 forward or backward (respectively) by that many lines to find the
29504 other end.  Explicit delimiters are not necessary in this case.
29506 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region
29507 (delimited by point and mark) instead of formula delimiters.
29509 @kindex M-# w
29510 @pindex calc-embedded-word
29511 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, Calc scans for the first
29512 non-numeric character (i.e., the first character that is not a
29513 digit, sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e})
29514 forward and backward to delimit the formula.  @kbd{M-# w}
29515 (@code{calc-embedded-word}) is equivalent to @kbd{C-u M-# e}.
29517 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
29518 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
29519 It's best if the current Calc language mode is correct for the
29520 formula, but Calc can generally identify @TeX{} formulas and
29521 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
29522 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
29523 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
29524 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
29525 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
29526 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
29527 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
29528 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
29530 If you press @kbd{M-# e} or @kbd{M-# w} to activate an embedded
29531 formula which is blank, say with the cursor on the space between
29532 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
29533 an algebraic entry.
29535 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
29536 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
29537 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
29538 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
29539 not affected by Embedded mode.
29541 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
29542 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
29543 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
29544 You can create a Calc window by hand with @kbd{M-# o} if you
29545 find you need to see the entire stack.
29547 For example, typing @kbd{M-# e} while somewhere in the formula
29548 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
29549 inequality:
29551 @example
29552 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
29553 @end example
29555 @noindent
29556 The formula @cite{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
29557 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
29558 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
29559 to match Calc's usual display style:
29561 @example
29562 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
29563 @end example
29565 @noindent
29566 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
29567 in a different formula, one which we have not yet touched with
29568 Embedded mode.
29570 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
29571 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
29572 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
29573 This is a selection-based command for which we first need to
29574 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
29575 needs to be commuted.
29577 @example
29578 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
29579 @end example
29581 The @kbd{M-# o} command is a useful way to open a Calc window
29582 without actually selecting that window.  Giving this command
29583 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
29584 @kbd{17 @key{RET}} would produce:
29586 @example
29587 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
29588 @end example
29590 @noindent
29591 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
29592 at this point will exchange the two stack values and restore
29593 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
29594 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
29595 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
29596 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
29597 stack at any given time (unless you use @kbd{M-# o}).
29599 Typing @kbd{M-# e} again turns Embedded mode off.  The Calc
29600 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
29601 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
29602 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
29603 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
29604 that happens on the stack is entirely your business as far as
29605 Embedded mode is concerned.
29607 If you press @kbd{M-# e} in the wrong place by accident, it is
29608 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
29609 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
29610 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
29611 press @kbd{M-# e} again to exit Embedded mode, then give the
29612 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
29613 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
29614 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
29615 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
29616 you haven't done anything with this formula yet.
29618 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
29619 @section More About Embedded Mode
29621 @noindent
29622 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
29623 the formula for the first time since the buffer was created or
29624 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
29625 written.  If the formula contains any @TeX{}-like @samp{\} sequences,
29626 it is parsed (i.e., read) in @TeX{} mode.  If the formula appears to
29627 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
29628 it is parsed according to the current language mode.
29630 Note that Calc does not change the current language mode according
29631 to what it finds.  Even though it can read a @TeX{} formula when
29632 not in @TeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
29633 whatever language mode is in effect.  You must then type @kbd{d T}
29634 to switch Calc permanently into @TeX{} mode if that is what you
29635 desire.
29637 @tex
29638 \bigskip
29639 @end tex
29641 @kindex d p
29642 @pindex calc-show-plain
29643 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
29644 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
29645 specify matrix display styles which the parser is unable to
29646 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
29647 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
29648 formula is placed in front of the fully-formatted version.
29649 When Calc reads a formula that has such a plain version in
29650 front, it reads the plain version and ignores the formatted
29651 version.
29653 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
29654 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
29655 character begins a comment in @TeX{}, so if your formula is
29656 embedded in a @TeX{} document its plain version will be
29657 invisible in the final printed copy.  @xref{Customizing
29658 Embedded Mode}, to see how to change the ``plain'' formula
29659 delimiters, say to something that @dfn{eqn} or some other
29660 formatter will treat as a comment.
29662 There are several notations which Calc's parser for ``big''
29663 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
29664 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
29665 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
29666 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
29667 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
29668 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
29669 Calc will be able to read your formula later.
29671 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
29672 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
29673 any digits that are computed but not displayed will simply be
29674 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
29675 mode allows you to make sure that the complete number is present
29676 in the file as well as the rounded-down number.
29678 @tex
29679 \bigskip
29680 @end tex
29682 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
29683 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
29684 which is @c{$\pi$}
29685 @cite{pi} to the normal 12 decimal places, and then
29686 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
29687 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
29688 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
29689 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
29690 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
29691 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
29692 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
29693 all non-displayed digits will have been lost unless you used
29694 ``plain'' mode.
29696 @tex
29697 \bigskip
29698 @end tex
29700 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
29701 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
29702 work on it.  For example, you might want to have a sequence
29703 like this in your file (elaborating here on the example from
29704 the ``Getting Started'' chapter):
29706 @smallexample
29707 The derivative of
29709                               ln(ln(x))
29713                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
29715 whose value at x = 2 is
29717                             @r{(the value)}
29719 and at x = 3 is
29721                             @r{(the value)}
29722 @end smallexample
29724 @kindex M-# d
29725 @pindex calc-embedded-duplicate
29726 The @kbd{M-# d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
29727 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{M-# d},
29728 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
29729 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
29730 Embedded mode is then enabled for that copy.
29732 For this example, you would start with just
29734 @smallexample
29735 The derivative of
29737                               ln(ln(x))
29738 @end smallexample
29740 @noindent
29741 and press @kbd{M-# d} with the cursor on this formula.  The result
29744 @smallexample
29745 The derivative of
29747                               ln(ln(x))
29750                               ln(ln(x))
29751 @end smallexample
29753 @noindent
29754 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
29755 You can now press @kbd{a d x @key{RET}} to take the derivative, and
29756 @kbd{M-# d M-# d} to make two more copies of the derivative.
29757 To complete the computations, type @kbd{3 s l x @key{RET}} to evaluate
29758 the last formula, then move up to the second-to-last formula
29759 and type @kbd{2 s l x @key{RET}}.
29761 Finally, you would want to press @kbd{M-# e} to exit Embedded
29762 mode, then go up and insert the necessary text in between the
29763 various formulas and numbers.
29765 @tex
29766 \bigskip
29767 @end tex
29769 @kindex M-# f
29770 @kindex M-# '
29771 @pindex calc-embedded-new-formula
29772 The @kbd{M-# f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
29773 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
29774 some default delimiters, which are usually just blank lines,
29775 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
29776 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
29777 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
29778 the new delimiters, and pressing @kbd{M-# e}.  The key sequence
29779 @kbd{M-# '} is equivalent to @kbd{M-# f}.
29781 @kindex M-# n
29782 @kindex M-# p
29783 @pindex calc-embedded-next
29784 @pindex calc-embedded-previous
29785 The @kbd{M-# n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{M-# p}
29786 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
29787 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
29788 can take positive or negative prefix arguments to move by several
29789 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
29790 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
29791 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
29792 @kbd{M-# n} and @kbd{M-# p} are a useful way to tell which
29793 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
29794 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
29795 formula, they just move the cursor.  (By the way, @kbd{M-# n} is
29796 not as awkward to type as it may seem, because @kbd{M-#} ignores
29797 Shift and Meta on the second keystroke:  @kbd{M-# M-N} can be typed
29798 by holding down Shift and Meta and alternately typing two keys.)
29800 @kindex M-# `
29801 @pindex calc-embedded-edit
29802 The @kbd{M-# `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
29803 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
29804 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
29805 @kbd{M-# M-#} to finish the edit, or @kbd{M-# x} to cancel.
29807 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
29808 @section Assignments in Embedded Mode
29810 @noindent
29811 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
29812 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
29813 a definition in one formula, then refer to that definition in
29814 other formulas embedded in the same buffer.
29816 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
29818 @example
29819 foo := 5
29820 @end example
29822 @noindent
29823 records @cite{5} as the stored value of @code{foo} for the
29824 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
29825 does @emph{not} actually store @cite{5} as the ``global'' value
29826 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
29827 formulas in other buffers, will not see this assignment.
29829 One way to use this assigned value is simply to create an
29830 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
29831 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
29832 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
29833 is to use @samp{=>} elsewhere:
29835 @example
29836 foo + 7 => 12
29837 @end example
29839 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
29841 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
29842 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
29844 @example
29845 foo := 17
29847 foo + 7 => 24
29848 @end example
29850 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
29851 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
29852 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
29853 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
29854 variable @code{foo} becomes unassigned:
29856 @example
29859 foo + 7 => foo + 7
29860 @end example
29862 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
29863 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
29864 Then, @kbd{17 @key{TAB} @key{DEL}} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
29865 Subformulas}, to see how this works).
29867 @kindex M-# j
29868 @pindex calc-embedded-select
29869 The @kbd{M-# j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
29870 easy way to operate on assignments.  It is just like @kbd{M-# e},
29871 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
29872 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
29873 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
29874 A formula can also be a combination of both:
29876 @example
29877 bar := foo + 3 => 20
29878 @end example
29880 @noindent
29881 in which case @kbd{M-# j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
29883 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
29884 mode.
29886 @kindex M-# u
29887 @kindex M-# =
29888 @pindex calc-embedded-update
29889 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
29890 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
29891 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
29892 the change.  The @kbd{M-# u} or @kbd{M-# =}
29893 (@code{calc-embedded-update-formula}) command is a convenient way
29894 to do this.@refill
29896 @example
29897 foo := 6
29899 foo + 7 => 13
29900 @end example
29902 Pressing @kbd{M-# u} is much like pressing @kbd{M-# e = M-# e}, that
29903 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
29904 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{M-# u} does
29905 not actually use @kbd{M-# e}, and in fact another formula somewhere
29906 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{M-# u} and
29907 that formula will not be disturbed.
29909 With a numeric prefix argument, @kbd{M-# u} updates all active
29910 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
29911 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
29912 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
29913 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
29915 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u M-# u} updates only in the
29916 region between mark and point rather than in the whole buffer.
29918 @kbd{M-# u} is also a handy way to activate a formula, such as an
29919 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
29920 file.
29922 @kindex M-# a
29923 @pindex calc-embedded-activate
29924 The @kbd{M-# a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
29925 through the current buffer and activates all embedded formulas
29926 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
29927 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
29928 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
29929 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
29930 changed.
29932 It is a good idea to type @kbd{M-# a} right after loading a file
29933 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
29934 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
29935 automatically.  The idea is to place near the end of your file
29936 a few lines that look like this:
29938 @example
29939 --- Local Variables: ---
29940 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
29941 --- End: ---
29942 @end example
29944 @noindent
29945 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
29946 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
29947 or omitted altogether; in a @TeX{} file, @samp{%} would be a good
29948 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
29949 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
29950 trailing strings.
29952 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
29953 section like this one at the end of the file.  If it finds this
29954 section, it does the specified things (in this case, running
29955 @kbd{M-# a} automatically) before editing of the file begins.
29956 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
29957 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
29958 page of the file if the file has any page separators.
29959 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
29960 Emacs manual}.
29962 Note that @kbd{M-# a} does not update the formulas it finds.
29963 To do this, type, say, @kbd{M-1 M-# u} after @w{@kbd{M-# a}}.
29964 Generally this should not be a problem, though, because the
29965 formulas will have been up-to-date already when the file was
29966 saved.
29968 Normally, @kbd{M-# a} activates all the formulas it finds, but
29969 any previous active formulas remain active as well.  With a
29970 positive numeric prefix argument, @kbd{M-# a} first deactivates
29971 all current active formulas, then actives the ones it finds in
29972 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
29973 @kbd{M-# a} simply deactivates all formulas.
29975 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
29976 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
29977 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
29978 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{M-# a}
29979 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
29980 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
29981 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
29982 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
29983 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
29984 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
29985 a few formulas one at a time but never use @kbd{M-# a}, or if you
29986 used @kbd{M-# a} but then Calc had to deactivate a formula
29987 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
29988 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
29989 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- M-# a}).
29991 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
29992 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
29993 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
29994 following assignment is used.
29996 @example
29997 x => 1
29999 x := 1
30001 x => 1
30003 x := 2
30005 x => 2
30006 @end example
30008 As well as simple variables, you can also assign to subscript
30009 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
30010 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
30011 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
30012 but the automatic linkage between assignments and references works
30013 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
30015 If there are no assignments to a given variable, the global
30016 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
30017 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
30018 Note that global stored values will be lost when the file is saved
30019 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
30020 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
30021 @pxref{Operations on Variables}.
30023 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
30024 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
30025 recomputation off, you will have to use @kbd{M-# u} to update these
30026 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
30027 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
30028 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 M-# u}
30029 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
30030 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
30031 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
30032 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
30033 use @kbd{M-# u} to update the buffer by hand.
30035 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
30036 @section Mode Settings in Embedded Mode
30038 @noindent
30039 Embedded Mode has a rather complicated mechanism for handling mode
30040 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
30041 in the file that specify mode settings either global to the entire
30042 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
30043 case, different modes can be specified for use when a formula
30044 is the enabled Embedded Mode formula.
30046 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for fraction
30047 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded Mode adds
30048 a line like the following one to the file just before the opening
30049 delimiter of the formula.
30051 @example
30052 % [calc-mode: fractions: t]
30053 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30054 @end example
30056 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
30057 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
30058 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
30059 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
30060 the file, or up to a line of the form
30062 @example
30063 % [calc-defaults]
30064 @end example
30066 @noindent
30067 which you can insert at strategic places in the file if this backward
30068 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
30069 ``zone'' of mode settings and another.
30071 If the file contains several annotations for the same mode, the
30072 closest one before the formula is used.  Annotations after the
30073 formula are never used (except for global annotations, described
30074 below).
30076 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
30077 square brackets and the text they enclose.  You can edit the mode
30078 annotations to a style that works better in context if you wish.
30079 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
30080 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
30081 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
30082 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
30083 Calc write the annotation for it once and see what it does.
30085 If you give a mode-changing command for a mode that already has
30086 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
30087 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
30088 one.
30090 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
30091 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
30092 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
30093 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
30094 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
30095 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
30096 sure the value is of a legal type or range; if you write an
30097 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
30098 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
30100 While Embedded Mode is enabled, the word @code{Local} appears in
30101 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
30102 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
30103 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
30104 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
30105 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
30107 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
30108 that look like this, respectively:
30110 @example
30111 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
30112 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
30113 @end example
30115 The first kind of annotation will be used only while a formula
30116 is enabled in Embedded Mode.  The second kind will be used only
30117 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
30118 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
30119 yet, is not relevant here.)
30121 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
30122 of the file:
30124 @example
30125 % [calc-global-mode: fractions t]
30126 @end example
30128 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
30129 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
30130 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
30131 the file, as long as those mode settings are suitable for all
30132 formulas in the file.
30134 Enabling a formula with @kbd{M-# e} causes a fresh scan for local
30135 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
30136 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
30137 a formula with @kbd{M-# u} will also re-scan the local modes, but
30138 global modes are only re-scanned by @kbd{M-# a}.
30140 Another way that modes can get out of date is if you add a local
30141 mode annotation to a formula that has another formula after it.
30142 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
30143 first of the two embedded formulas is active.  But the second
30144 formula has not changed its style to match, even though by the
30145 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
30147 @example
30148 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30149 1.23e2
30151 456.
30152 @end example
30154 We would have to go down to the other formula and press @kbd{M-# u}
30155 on it in order to get it to notice the new annotation.
30157 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are @code{Save}
30158 (which works even outside of Embedded Mode), in which mode settings
30159 are recorded permanently in your Emacs startup file @file{~/.emacs}
30160 rather than by annotating the current document, and no-recording
30161 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
30162 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
30163 annotations at all.
30165 When Embedded Mode is not enabled, mode-recording modes except
30166 for @code{Save} have no effect.
30168 @node Customizing Embedded Mode, , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
30169 @section Customizing Embedded Mode
30171 @noindent
30172 You can modify Embedded Mode's behavior by setting various Lisp
30173 variables described here.  Use @kbd{M-x set-variable} or
30174 @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly, or
30175 put a suitable @code{setq} statement in your @file{~/.emacs}
30176 file to set a variable permanently.  (Another possibility would
30177 be to use a file-local variable annotation at the end of the
30178 file; @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30179 Emacs manual}.)
30181 While none of these variables will be buffer-local by default, you
30182 can make any of them local to any embedded-mode buffer.  (Their
30183 values in the @samp{*Calculator*} buffer are never used.)
30185 @vindex calc-embedded-open-formula
30186 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
30187 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
30188 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
30189 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
30190 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
30191 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
30192 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
30193 regular expression is not completely plain, let's go through it
30194 in detail.
30196 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
30197 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
30198 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
30199 Lisp program.
30201 The most obvious property of this regular expression is that it
30202 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
30203 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
30204 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
30205 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
30206 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
30207 So the actual regular expression seen by Calc is
30208 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
30210 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
30211 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
30212 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
30213 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
30214 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
30215 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
30217 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
30218 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
30219 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
30220 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
30221 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
30222 one or two dollar signs.
30224 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
30225 like this example, with several more alternatives added on to
30226 recognize various other common kinds of delimiters.
30228 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
30229 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
30230 is that the former expression actually ``consumes'' only one
30231 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
30232 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
30233 The former choice gives the most natural behavior when Calc
30234 must operate on a whole formula including its delimiters.
30236 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
30237 But just for your convenience, here is a list of all characters
30238 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
30239 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
30240 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
30241 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
30242 account for each of these six backslashes!)
30244 @vindex calc-embedded-close-formula
30245 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
30246 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
30247 regular expression to match the above example would be
30248 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
30249 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
30250 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
30251 of describing a blank line that is more appropriate for this
30252 case).
30254 @vindex calc-embedded-open-word
30255 @vindex calc-embedded-close-word
30256 The @code{calc-embedded-open-word} and @code{calc-embedded-close-word}
30257 variables are similar expressions used when you type @kbd{M-# w}
30258 instead of @kbd{M-# e} to enable Embedded mode.
30260 @vindex calc-embedded-open-plain
30261 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
30262 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
30263 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
30264 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
30265 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
30266 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space).
30268 @vindex calc-embedded-close-plain
30269 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
30270 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}.  Without
30271 the trailing newline here, the first line of a ``big'' mode formula
30272 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
30274 @vindex calc-embedded-open-new-formula
30275 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
30276 which is inserted at the front of a new formula when you type
30277 @kbd{M-# f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
30278 string begins with a newline character and the @kbd{M-# f} is
30279 typed at the beginning of a line, @kbd{M-# f} will skip this
30280 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
30281 the file.
30283 @vindex calc-embedded-close-new-formula
30284 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
30285 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
30286 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
30287 @w{@kbd{M-# f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
30288 @kbd{M-# f} is typed on a blank line, both a leading opening
30289 newline and a trailing closing newline are omitted.)
30291 @vindex calc-embedded-announce-formula
30292 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
30293 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
30294 The @kbd{M-# a} command searches for this pattern as well as for
30295 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{M-# a} will
30296 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
30297 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
30298 But if your language includes a delimiter which can only occur
30299 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
30300 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which
30301 checks for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning
30302 with @samp{%} and a space.  This last is important to make Calc
30303 consider mode annotations part of the pattern, so that the formula's
30304 opening delimiter really is sure to follow the pattern.
30306 @vindex calc-embedded-open-mode
30307 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
30308 regular expression) which should precede a mode annotation.
30309 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
30310 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
30311 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
30312 The default is @code{"% "}.
30314 @vindex calc-embedded-close-mode
30315 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
30316 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
30317 is simply a newline, @code{"\n"}.  If you change this, it is a
30318 good idea still to end with a newline so that mode annotations
30319 will appear on lines by themselves.
30321 @node Programming, Installation, Embedded Mode, Top
30322 @chapter Programming
30324 @noindent
30325 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
30326 on the nature of the problem you need to solve.
30328 @enumerate
30329 @item
30330 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
30331 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
30332 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
30333 as loops and conditionals.
30335 @item
30336 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
30337 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
30338 as an interactive command.
30340 @item
30341 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
30342 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
30343 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
30344 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
30345 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
30347 @item
30348 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
30349 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
30350 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
30351 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
30352 rewrite rules.
30353 @end enumerate
30355 @kindex z
30356 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
30357 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
30358 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
30359 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
30360 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
30361 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
30362 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
30364 @menu
30365 * Creating User Keys::
30366 * Keyboard Macros::
30367 * Invocation Macros::
30368 * Algebraic Definitions::
30369 * Lisp Definitions::
30370 @end menu
30372 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
30373 @section Creating User Keys
30375 @noindent
30376 @kindex Z D
30377 @pindex calc-user-define
30378 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
30379 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
30380 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
30382 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
30383 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
30384 prompted for the name of the Calculator command that this key should
30385 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
30386 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
30387 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
30388 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
30389 @kbd{z s} to be something else.
30391 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
30392 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
30394 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
30395 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
30396 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
30398 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
30399 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
30400 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
30401 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
30402 of a letter if you wish.
30404 @kindex Z U
30405 @pindex calc-user-undefine
30406 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
30407 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
30408 key we defined above.
30410 @kindex Z P
30411 @pindex calc-user-define-permanent
30412 @cindex Storing user definitions
30413 @cindex Permanent user definitions
30414 @cindex @file{.emacs} file, user-defined commands
30415 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
30416 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
30417 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
30418 your @file{.emacs} file.)  For example, @kbd{Z P s} would register
30419 our @code{sincos} command permanently.  If you later wish to unregister
30420 this command you must edit your @file{.emacs} file by hand.
30421 (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to use a
30422 different file instead of @file{.emacs}.)
30424 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
30425 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
30426 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
30427 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
30428 command will save all of these definitions.
30430 To save a command or function without its key binding (or if there is
30431 no key binding for the command or function), type @kbd{'} (the apostrophe)
30432 when prompted for a key.  Then, type the function name, or backspace
30433 to change the @samp{calcFunc-} prefix to @samp{calc-} and enter a
30434 command name.  (If the command you give implies a function, the function
30435 will be saved, and if the function has any display formats, those will
30436 be saved, but not the other way around:  Saving a function will not save
30437 any commands or key bindings associated with the function.)
30439 @kindex Z E
30440 @pindex calc-user-define-edit
30441 @cindex Editing user definitions
30442 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
30443 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
30444 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
30445 following sections.
30447 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
30448 @section Programming with Keyboard Macros
30450 @noindent
30451 @kindex X
30452 @cindex Programming with keyboard macros
30453 @cindex Keyboard macros
30454 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
30455 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
30456 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
30457 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
30458 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
30459 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
30460 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
30461 information.@refill
30463 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
30464 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
30465 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
30466 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
30467 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
30468 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
30469 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
30470 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
30471 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
30472 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
30473 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
30474 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
30475 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
30477 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
30478 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
30479 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
30480 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
30482 @menu
30483 * Naming Keyboard Macros::
30484 * Conditionals in Macros::
30485 * Loops in Macros::
30486 * Local Values in Macros::
30487 * Queries in Macros::
30488 @end menu
30490 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
30491 @subsection Naming Keyboard Macros
30493 @noindent
30494 @kindex Z K
30495 @pindex calc-user-define-kbd-macro
30496 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
30497 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
30498 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
30499 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
30500 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
30501 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
30502 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
30503 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
30504 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
30505 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
30506 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
30507 descriptive command name if you wish.@refill
30509 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
30510 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
30511 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
30512 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
30514 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
30515 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
30517 @cindex Keyboard macros, editing
30518 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
30519 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edit-kbd-macro}
30520 command to edit the macro.  This command may be found in the
30521 @file{macedit} package, a copy of which comes with Calc.  It decomposes
30522 the macro definition into full Emacs command names, like @code{calc-pop}
30523 and @code{calc-add}.  Type @kbd{M-# M-#} to finish editing and update
30524 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, type
30525 @kbd{M-# x}.@refill
30527 If you give a negative numeric prefix argument to @kbd{Z E}, the keyboard
30528 macro is edited in spelled-out keystroke form.  For example, the editing
30529 buffer might contain the nine characters @w{@samp{1 @key{RET} 2 +}}.  When you press
30530 @kbd{M-# M-#}, the @code{read-kbd-macro} feature of the @file{macedit}
30531 package is used to reinterpret these key names.  The
30532 notations @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL}, and
30533 @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-}
30534 and @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
30535 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
30536 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
30537 takes some liberties with spaces:  When we say @kbd{' [1 2 3] @key{RET}}, we take
30538 it for granted that it is clear we really mean @kbd{' [1 @key{SPC} 2 @key{SPC} 3] @key{RET}},
30539 which is what @code{read-kbd-macro} wants to see.@refill
30541 If @file{macedit} is not available, @kbd{Z E} edits the keyboard macro
30542 in ``raw'' form; the editing buffer simply contains characters like
30543 @samp{1^M2+} (here @samp{^M} represents the carriage-return character).
30544 Editing in this mode, you will have to use @kbd{C-q} to enter new
30545 control characters into the buffer.@refill
30547 @kindex M-# m
30548 @pindex read-kbd-macro
30549 The @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
30550 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
30551 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
30552 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
30553 The @kbd{M-# m} command works only if @file{macedit} is present.
30555 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
30556 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
30558 @noindent
30559 @kindex Z [
30560 @kindex Z ]
30561 @pindex calc-kbd-if
30562 @pindex calc-kbd-else
30563 @pindex calc-kbd-else-if
30564 @pindex calc-kbd-end-if
30565 @cindex Conditional structures
30566 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
30567 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
30568 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
30569 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
30570 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
30571 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
30572 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
30574 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
30575 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
30576 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
30577 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
30578 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
30579 command is skipped.
30581 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
30582 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
30583 executed while you are making the definition as well as when you later
30584 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
30585 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
30586 don't get a stack-underflow error during the definition process.
30588 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
30589 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
30591 @kindex Z :
30592 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
30593 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
30594 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
30595 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
30596 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
30597 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
30598 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
30600 @kindex Z |
30601 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
30602 between any number of alternatives.  For example,
30603 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
30604 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
30605 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
30606 it will execute @var{part3}.
30608 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
30609 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
30610 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
30611 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
30612 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
30613 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
30614 does not.
30616 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
30617 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
30618 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
30619 constructs you must be careful that these character pairs do not
30620 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
30621 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
30622 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
30623 not work to define your own custom key bindings for these commands.
30624 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
30626 @kindex Z C-g
30627 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
30628 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
30629 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
30631 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
30632 @subsection Loops in Keyboard Macros
30634 @noindent
30635 @kindex Z <
30636 @kindex Z >
30637 @pindex calc-kbd-repeat
30638 @pindex calc-kbd-end-repeat
30639 @cindex Looping structures
30640 @cindex Iterative structures
30641 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
30642 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
30643 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
30644 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
30645 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
30646 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
30647 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
30648 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
30649 repeat a multiply-by-two step however many times.@refill
30651 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
30652 In this case it is especially important to set up reasonable initial
30653 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
30654 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
30655 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
30656 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
30657 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
30658 in a buffer, then use @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
30659 macro.
30661 @kindex Z /
30662 @pindex calc-break
30663 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
30664 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
30665 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
30666 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
30667 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
30668 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
30669 in the C language.@refill
30671 @kindex Z (
30672 @kindex Z )
30673 @pindex calc-kbd-for
30674 @pindex calc-kbd-end-for
30675 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
30676 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
30677 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
30678 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
30679 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
30680 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
30681 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
30682 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
30683 counter each time until the loop finishes.@refill
30685 @cindex Summations (by keyboard macros)
30686 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
30687 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
30688 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
30689 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
30690 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
30691 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
30693 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
30694 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
30695 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
30696 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
30697 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
30698 argument of @i{-1} forces downward-counting conventions.
30700 @kindex Z @{
30701 @kindex Z @}
30702 @pindex calc-kbd-loop
30703 @pindex calc-kbd-end-loop
30704 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
30705 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
30706 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
30707 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
30708 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
30709 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
30710 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
30711 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
30712 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
30713 this feature.)
30715 The conditional and looping constructs are not actually tied to
30716 keyboard macros, but they are most often used in that context.
30717 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
30718 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
30719 as easily as in a macro definition.
30721 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
30722 conditional and looping commands.
30724 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
30725 @subsection Local Values in Macros
30727 @noindent
30728 @cindex Local variables
30729 @cindex Restoring saved modes
30730 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
30731 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
30732 macro may wish to turn on Fraction Mode, or set a particular
30733 precision, independent of the user's normal setting for those
30734 modes.
30736 @kindex Z `
30737 @kindex Z '
30738 @pindex calc-kbd-push
30739 @pindex calc-kbd-pop
30740 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
30741 local variables inside the macro should not affect any variables
30742 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
30743 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
30745 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
30746 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
30747 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
30748 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
30749 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
30751 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
30752 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
30753 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
30754 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
30755 in exceptional conditions.
30757 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
30758 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
30759 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
30760 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
30761 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
30762 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
30763 macros were involved.
30765 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
30766 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
30767 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
30768 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
30769 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
30770 thereof) are also saved.
30772 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
30773 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
30774 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
30775 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
30776 for all mode-setting commands inside the macro.
30778 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
30779 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
30780 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
30781 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets algebraic mode
30782 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
30783 outside the construct.
30785 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
30786 other settings such as the language mode and the various display modes,
30787 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
30789 @node Queries in Macros, , Local Values in Macros, Keyboard Macros
30790 @subsection Queries in Keyboard Macros
30792 @noindent
30793 @kindex Z =
30794 @pindex calc-kbd-report
30795 The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
30796 message including the value on the top of the stack.  You are prompted
30797 to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
30798 is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
30799 to turn such messages off.
30801 @kindex Z #
30802 @pindex calc-kbd-query
30803 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command displays a prompt message
30804 (which you enter during macro definition), then does an algebraic entry
30805 which takes its input from the keyboard, even during macro execution.
30806 This command allows your keyboard macros to accept numbers or formulas
30807 as interactive input.  All the normal conventions of algebraic input,
30808 including the use of @kbd{$} characters, are supported.
30810 @xref{Keyboard Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
30811 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
30812 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
30813 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
30814 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
30815 return control to the keyboard macro.
30817 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
30818 @section Invocation Macros
30820 @kindex M-# z
30821 @kindex Z I
30822 @pindex calc-user-invocation
30823 @pindex calc-user-define-invocation
30824 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{M-# z}
30825 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
30826 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
30827 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
30828 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
30829 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
30830 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
30831 @kbd{M-# z} at any time to execute your invocation macro.
30833 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
30834 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
30835 by typing @kbd{M-# r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
30836 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( M-# r
30837 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
30838 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{M-# z}.
30840 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
30841 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
30842 do not apply.  @kbd{M-# z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
30843 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
30844 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
30846 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
30847 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
30848 @xref{General Mode Commands}.
30850 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
30851 @section Programming with Formulas
30853 @noindent
30854 @kindex Z F
30855 @pindex calc-user-define-formula
30856 @cindex Programming with algebraic formulas
30857 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
30858 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
30859 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
30860 command prompts for five things: The key, the command name, the function
30861 name, the argument list, and the behavior of the command when given
30862 non-numeric arguments.
30864 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
30865 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
30866 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
30867 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
30868 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
30869 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
30870 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
30872 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
30873 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
30874 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
30875 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
30877 The third prompt is for a function name.  The default is to use the same
30878 name as the command name but with @samp{calcFunc-} in place of
30879 @samp{calc-}.  This is the name you will use if you want to enter your
30880 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
30881 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
30882 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
30883 formula @samp{yow(x,y)}.@refill
30885 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
30886 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
30887 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
30888 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
30889 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
30890 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
30891 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
30892 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
30893 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
30894 @cite{a + 2 b} with @cite{a=10} and @cite{b=100}.  Likewise, the formula
30895 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @cite{a=10} and
30896 @cite{b=100} in the definition.
30898 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
30899 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
30900 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
30901 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
30902 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
30903 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
30904 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
30906 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
30907 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
30908 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
30909 using the argument list @samp{(a b)}.
30911 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
30912 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
30913 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
30914 arguments @cite{10} and @cite{x} will leave the function in symbolic
30915 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
30916 then the formula will always be expanded, even for non-constant
30917 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
30918 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
30919 question.@refill
30921 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
30922 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
30923 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
30924 derivative or integral or solve an equation involving the function.
30926 @kindex Z G
30927 @pindex calc-get-user-defn
30928 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
30929 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
30930 key, and this command pushes the formula that was used to define that
30931 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
30932 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
30933 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
30934 by a @kbd{Z F} command.@refill
30936 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
30937 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
30938 to edit the defining formula.  Press @kbd{M-# M-#} to finish editing and
30939 store the new formula back in the definition, or @kbd{M-# x} to
30940 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
30941 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
30942 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
30943 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
30945 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
30946 In this case it will permanently record all three of the relevant
30947 definitions: the key, the command, and the function.
30949 You may find it useful to turn off the default simplifications with
30950 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
30951 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
30952 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
30953 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
30954 @cite{a} to be constant with respect to @cite{v}.  Turning off
30955 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
30956 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
30957 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
30959 @node Lisp Definitions, , Algebraic Definitions, Programming
30960 @section Programming with Lisp
30962 @noindent
30963 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
30964 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
30965 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
30966 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
30967 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
30968 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
30969 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
30970 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
30971 will not edit a Lisp-based definition.
30973 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
30974 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
30975 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
30976 to program the Calculator.
30978 This section first discusses ways to write commands, functions, or
30979 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
30980 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
30981 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
30982 for the true Lisp enthusiast.
30984 @menu
30985 * Defining Functions::
30986 * Defining Simple Commands::
30987 * Defining Stack Commands::
30988 * Argument Qualifiers::
30989 * Example Definitions::
30991 * Calling Calc from Your Programs::
30992 * Internals::
30993 @end menu
30995 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
30996 @subsection Defining New Functions
30998 @noindent
30999 @findex defmath
31000 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
31001 except that code in the body of the definition can make use of the full
31002 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
31003 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
31004 example,
31006 @example
31007 (defmath myfact (n)
31008   (if (> n 0)
31009       (* n (myfact (1- n)))
31010     1))
31011 @end example
31013 @noindent
31014 This actually expands to the code,
31016 @example
31017 (defun calcFunc-myfact (n)
31018   (if (math-posp n)
31019       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31020     1))
31021 @end example
31023 @noindent
31024 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
31026 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
31027 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
31028 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
31029 factorial function would be written along the following lines:
31031 @smallexample
31032 (defmath myfact (n)
31033   (if (> n 0)
31034       (* n (myfact (1- n)))
31035     (if (= n 0)
31036         1
31037       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
31038 @end smallexample
31040 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
31041 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
31042 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
31043 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
31044 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
31045 efficiently as possible.
31047 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
31048 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
31049 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
31050 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
31051 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
31052 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.@refill
31054 For other functions @var{func}, if a function by the name
31055 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
31056 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
31057 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
31058 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
31059 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
31060 always used exactly as written (but not quoted).@refill
31062 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
31063 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
31064 @code{for}, or @code{foreach} form,
31065 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
31066 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.@refill
31068 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
31070 @itemize @bullet
31071 @item
31072 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
31073 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
31074 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
31075 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
31076 yields one element of a Calc matrix.
31078 @item
31079 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
31080 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
31081 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
31082 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
31083 in which case the effect is to store into the specified
31084 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @cite{x}
31085 into one element of a matrix.
31087 @item
31088 A @code{for} looping construct is available.  For example,
31089 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
31090 binding of @cite{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
31091 form in that @cite{i} is temporarily bound to the loop count
31092 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
31093 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
31094 are also available.  For each value of @cite{i} from zero to 10,
31095 @cite{j} counts from 0 to @cite{i-1} in steps of two.  Note that
31096 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
31097 that each element of the header is a list of three or four
31098 things, not just two.
31100 @item
31101 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
31102 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
31103 @code{body} with @cite{x} bound to each element of Calc vector
31104 @cite{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
31105 the initial @code{vec} symbol in the vector.
31107 @item
31108 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
31109 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
31110 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
31111 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
31113 @item
31114 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
31115 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @cite{x+y}
31116 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
31117 inside the body of the function.
31118 @end itemize
31120 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
31121 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
31122 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
31123 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
31124 formula can go between the quotes.  For example,
31126 @smallexample
31127 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
31128   (and (numberp x)
31129        (exp :"x * 0.5")))
31130 @end smallexample
31132 expands to
31134 @smallexample
31135 (defun calcFunc-sqexp (x)
31136   (and (math-numberp x)
31137        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
31138 @end smallexample
31140 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
31141 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
31142 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
31143 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
31144 step of @code{myfact} could have been written
31146 @example
31147 :"n * myfact(n-1)"
31148 @end example
31150 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
31151 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
31152 seem like a good idea to put your favorite @code{defmath} commands here,
31153 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
31154 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
31155 actually use the Calculator!  A better effect can be had by writing
31157 @example
31158 (put 'calc-define 'thing '(progn
31159  (defmath ... )
31160  (defmath ... )
31162 @end example
31164 @noindent
31165 @vindex calc-define
31166 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
31167 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
31168 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
31169 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
31170 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
31171 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
31172 properties are removed as they are evaluated.  The property names
31173 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
31174 name of your project so as not to conflict with other properties.
31176 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
31177 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
31178 that same code in another file which you load by hand either before or
31179 after Calc itself is loaded.
31181 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
31182 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
31183 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
31184 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
31186 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
31187 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
31188 call your function, even if the file defining the property is loaded
31189 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
31190 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
31191 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
31192 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
31193 protect against this situation, you can put
31195 @example
31196 (run-hooks 'calc-check-defines)
31197 @end example
31199 @findex calc-check-defines
31200 @noindent
31201 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
31202 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
31203 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
31204 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
31206 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
31207 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
31208 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
31209 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
31211 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
31212 @subsection Defining New Simple Commands
31214 @noindent
31215 @findex interactive
31216 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
31217 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
31218 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
31219 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
31220 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
31221 the command work in the Calc environment.
31223 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
31224 for normal Emacs Lisp commands:
31226 @smallexample
31227 (defmath increase-precision (delta)
31228   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
31229   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
31230   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31231 @end smallexample
31233 This expands to the pair of definitions,
31235 @smallexample
31236 (defun calc-increase-precision (delta)
31237   "Increase precision by DELTA."
31238   (interactive "p")
31239   (calc-wrapper
31240    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
31242 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
31243   "Increase precision by DELTA."
31244   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
31245 @end smallexample
31247 @noindent
31248 where in this case the latter function would never really be used!  Note
31249 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
31250 the @code{math-add} function will work just as well as the native
31251 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
31253 @findex calc-wrapper
31254 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
31255 the function with code that looks roughly like this:
31257 @smallexample
31258 (let ((calc-command-flags nil))
31259   (unwind-protect
31260       (save-excursion
31261         (calc-select-buffer)
31262         @emph{body of function}
31263         @emph{renumber stack}
31264         @emph{clear} Working @emph{message})
31265     @emph{realign cursor and window}
31266     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
31267     @emph{update Emacs mode line}))
31268 @end smallexample
31270 @findex calc-select-buffer
31271 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
31272 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
31273 the @samp{*Calc Trail*} window.
31275 @findex calc-set-command-flag
31276 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to
31277 set the above-mentioned command flags.  Calc routines recognize the
31278 following command flags:
31280 @table @code
31281 @item renum-stack
31282 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
31283 after this command completes.  This is set by routines like
31284 @code{calc-push}.
31286 @item clear-message
31287 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
31288 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
31290 @item no-align
31291 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
31293 @item position-point
31294 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
31295 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
31296 this command finishes.
31298 @item keep-flags
31299 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
31300 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
31302 @item do-edit
31303 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
31305 @item hold-trail
31306 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
31307 there.
31308 @end table
31310 @kindex Y
31311 @kindex Y ?
31312 @vindex calc-Y-help-msgs
31313 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
31314 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
31315 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
31316 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
31317 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
31318 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
31319 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
31320 future versions of Calc.
31322 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
31323 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
31324 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
31325 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
31326 stands for your package, then a third key for the particular command
31327 within your package.
31329 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
31330 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
31331 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
31332 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
31333 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
31334 if necessary without having to modify the file.
31336 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
31337 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
31338 decreases the precision.
31340 @smallexample
31341 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
31342 ;;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
31344 (defvar inc-prec-base-key "P"
31345   "Base key for inc-prec.el commands.")
31347 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
31349 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
31350             'increase-precision)
31351 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
31352             'decrease-precision)
31354 (setq calc-Y-help-msgs
31355       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
31356             calc-Y-help-msgs))
31358 (defmath increase-precision (delta)
31359   "Increase precision by DELTA."
31360   (interactive "p")
31361   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31363 (defmath decrease-precision (delta)
31364   "Decrease precision by DELTA."
31365   (interactive "p")
31366   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
31368 ))  ; end of calc-define property
31370 (run-hooks 'calc-check-defines)
31371 @end smallexample
31373 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
31374 @subsection Defining New Stack-Based Commands
31376 @noindent
31377 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
31378 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
31380 @example
31381 (interactive @var{num} @var{tag})
31382 @end example
31384 @noindent
31385 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
31386 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
31387 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
31388 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
31389 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
31390 parameters is legal.
31392 Your function must return either a number or a formula in a form
31393 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
31394 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
31395 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
31396 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
31397 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
31399 As an example, the definition
31401 @smallexample
31402 (defmath myfact (n)
31403   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31404   (interactive 1 "fact")
31405   (if (> n 0)
31406       (* n (myfact (1- n)))
31407     (and (= n 0) 1)))
31408 @end smallexample
31410 @noindent
31411 is a version of the factorial function shown previously which can be used
31412 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
31414 @smallexample
31415 (defun calc-myfact ()
31416   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31417   (interactive)
31418   (calc-slow-wrapper
31419    (calc-enter-result 1 "fact"
31420      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
31422 (defun calcFunc-myfact (n)
31423   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31424   (if (math-posp n)
31425       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31426     (and (math-zerop n) 1)))
31427 @end smallexample
31429 @findex calc-slow-wrapper
31430 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
31431 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
31432 computation begins.  (This message can be turned off by the user
31433 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
31435 @findex calc-top-list-n
31436 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
31437 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
31438 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
31439 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
31441 @findex calc-enter-result
31442 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
31443 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
31444 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
31445 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
31446 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
31447 being pushed are also recorded in the trail.
31449 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
31450 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
31451 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
31452 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
31453 containing the single symbol @code{nil}.
31455 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
31456 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
31457 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
31459 @example
31460 (defmath foo (a b &optional c)
31461   (interactive "p" 2 "foo")
31462   @var{body})
31463 @end example
31465 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
31466 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
31467 executed with a numeric prefix argument of @cite{n}.
31469 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
31470 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
31471 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
31472 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
31473 arguments to be used when no prefix is supplied.
31475 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
31476 @subsection Argument Qualifiers
31478 @noindent
31479 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
31480 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
31482 @example
31483 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
31484                &optional @var{param} @var{param...}
31485                &rest @var{param})
31486   @var{body})
31487 @end example
31489 @noindent
31490 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
31492 @example
31493 (@var{qual} @var{param})
31494 @end example
31496 The following qualifiers are recognized:
31498 @table @samp
31499 @item complete
31500 @findex complete
31501 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
31502 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
31503 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
31504 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)@refill
31506 @item integer
31507 @findex integer
31508 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
31509 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
31510 formulas are rejected.
31512 @item natnum
31513 @findex natnum
31514 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
31516 @item fixnum
31517 @findex fixnum
31518 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
31519 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
31520 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
31522 @item float
31523 @findex float
31524 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
31525 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
31526 actually rejected by this qualifier.)
31528 @item @var{pred}
31529 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
31530 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
31532 @item not-@var{pred}
31533 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
31534 @end table
31536 For example,
31538 @example
31539 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
31540               &rest (integer d))
31541   @var{body})
31542 @end example
31544 @noindent
31545 expands to
31547 @example
31548 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
31549   (and (math-matrixp b)
31550        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
31551   (or (math-constp b)
31552       (math-reject-arg b 'constp))
31553   (and c (setq c (math-check-float c)))
31554   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
31555   @var{body})
31556 @end example
31558 @noindent
31559 which performs the necessary checks and conversions before executing the
31560 body of the function.
31562 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
31563 @subsection Example Definitions
31565 @noindent
31566 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
31567 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
31568 @pxref{Internals}.
31570 @menu
31571 * Bit Counting Example::
31572 * Sine Example::
31573 @end menu
31575 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
31576 @subsubsection Bit-Counting
31578 @noindent
31579 @ignore
31580 @starindex
31581 @end ignore
31582 @tindex bcount
31583 Calc does not include a built-in function for counting the number of
31584 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
31585 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
31586 that set; let's write a function that counts the bits without having to
31587 create an intermediate set.
31589 @smallexample
31590 (defmath bcount ((natnum n))
31591   (interactive 1 "bcnt")
31592   (let ((count 0))
31593     (while (> n 0)
31594       (if (oddp n)
31595           (setq count (1+ count)))
31596       (setq n (lsh n -1)))
31597     count))
31598 @end smallexample
31600 @noindent
31601 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
31602 Emacs Lisp function:
31604 @smallexample
31605 (defun calcFunc-bcount (n)
31606   (setq n (math-check-natnum n))
31607   (let ((count 0))
31608     (while (math-posp n)
31609       (if (math-oddp n)
31610           (setq count (math-add count 1)))
31611       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
31612     count))
31613 @end smallexample
31615 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
31616 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
31617 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
31618 involve actual division.
31620 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
31621 @var{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
31622 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
31623 routines are especially fast when dividing by an integer less than
31624 1000, so we can set @var{n = 9} bits and use repeated division by 512:
31626 @smallexample
31627 (defmath bcount ((natnum n))
31628   (interactive 1 "bcnt")
31629   (let ((count 0))
31630     (while (not (fixnump n))
31631       (let ((qr (idivmod n 512)))
31632         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
31633               n (car qr))))
31634     (+ count (bcount-fixnum n))))
31636 (defun bcount-fixnum (n)
31637   (let ((count 0))
31638     (while (> n 0)
31639       (setq count (+ count (logand n 1))
31640             n (lsh n -1)))
31641     count))
31642 @end smallexample
31644 @noindent
31645 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
31646 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
31647 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
31648 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
31649 uses.
31651 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
31652 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
31653 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
31654 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
31655 actually they are less efficient because each operation is really
31656 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
31657 same thing with a single division by 512.
31659 @node Sine Example, , Bit Counting Example, Example Definitions
31660 @subsubsection The Sine Function
31662 @noindent
31663 @ignore
31664 @starindex
31665 @end ignore
31666 @tindex mysin
31667 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
31668 well-known Taylor series expansion for @c{$\sin x$}
31669 @samp{sin(x)}:
31671 @smallexample
31672 (defmath mysin ((float (anglep x)))
31673   (interactive 1 "mysn")
31674   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
31675   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
31676         newsum
31677         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
31678         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
31679     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
31680       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
31681       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
31682             x (* x xnegsqr)
31683             newsum (+ sum (/ x nfact)))
31684       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
31685           (break))           ;  then we are done.
31686       (setq sum newsum))
31687     sum))
31688 @end smallexample
31690 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
31691 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @c{$\pi \over 4$}
31692 @cite{pi/4}.  This
31693 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
31694 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
31695 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
31696 by a separate algorithm.
31698 @smallexample
31699 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
31700   (interactive 1 "mysn")
31701   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
31702   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
31703     (cond ((complexp x)
31704            (mysin-complex x))
31705           ((< x 0)
31706            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
31707           (t (mysin-raw x))))))
31709 (defmath mysin-raw (x)
31710   (cond ((>= x 7)
31711          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
31712         ((> x (pi-over-2))
31713          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
31714         ((> x (pi-over-4))
31715          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
31716         ((< x (- (pi-over-4)))
31717          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
31718         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
31719 @end smallexample
31721 @noindent
31722 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
31723 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
31724 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
31725 @code{mysin-raw} for cosines.
31727 The strategy is to ensure that @cite{x} is nonnegative before calling
31728 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
31729 to a suitable range, namely, plus-or-minus @c{$\pi \over 4$}
31730 @cite{pi/4}.  Note that each
31731 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
31732 that small roundoff errors cannot produce an infinite loop.  (Suppose
31733 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
31734 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
31735 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
31736 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
31737 that this rule misses.
31739 If a program is being written for general use, it is important to code
31740 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
31741 when you know that your own use of the sine function will never encounter
31742 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
31744 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
31745 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
31747 @noindent
31748 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
31749 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
31750 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
31751 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
31752 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
31753 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
31754 much simpler to use!
31756 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
31757 options, but they all stem from one simple operation.
31759 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
31760 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
31761 the result formatted as a string: @code{"3"}.
31763 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
31764 functions, you don't need to make any special preparations to load
31765 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
31766 loaded and initialized for you.
31768 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
31769 evaluating the expression and formatting the result.
31771 @ifinfo
31772 @example
31774 @end example
31775 @end ifinfo
31776 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
31778 @noindent
31779 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
31780 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
31781 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
31782 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
31784 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
31785 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
31786 one by one below.
31788 You can give additional arguments to be substituted for
31789 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
31790 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
31791 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
31792 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
31793 used as a placeholder for the item-separator argument.
31795 @ifinfo
31796 @example
31798 @end example
31799 @end ifinfo
31800 @subsubsection Error Handling
31802 @noindent
31803 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
31804 the character position of the error, plus a suitable message as a
31805 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
31806 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
31807 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
31808 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
31810 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
31811 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
31812 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
31813 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
31815 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
31816 are returned as strings instead of lists.  The character position is
31817 ignored.
31819 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
31820 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
31821 it permanently with @code{setq}.
31823 @ifinfo
31824 @example
31826 @end example
31827 @end ifinfo
31828 @subsubsection Numbers Only
31830 @noindent
31831 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
31832 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
31833 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
31834 that are not constants are treated as errors.  The error message
31835 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
31836 or otherwise ``Number expected.''
31838 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
31839 object that does not include variables or function calls.  If it
31840 is a vector, the components must themselves be constants.
31842 @ifinfo
31843 @example
31845 @end example
31846 @end ifinfo
31847 @subsubsection Default Modes
31849 @noindent
31850 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
31851 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
31852 various Calc modes to their default values while the formula is
31853 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
31854 digits, digit grouping is turned off, and the normal language
31855 mode is used.
31857 This same principle applies to the other options discussed below.
31858 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
31859 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
31861 If there are other elements in the list, they are taken as
31862 variable-name/value pairs which override the default mode
31863 settings.  Look at the documentation at the front of the
31864 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
31865 the various modes.  The mode settings are restored to their
31866 original values when @code{calc-eval} is done.
31868 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
31869 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
31870 using default mode settings except that the precision is 8 instead
31871 of the default of 12.
31873 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
31874 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
31875 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
31876 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
31877 when the user has left Calc in symbolic mode or no-simplify mode.
31879 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
31880 checks if the number in string @cite{a} is less than the one in
31881 string @cite{b}.  Without using a list, the integer 1 might
31882 come out in a variety of formats which would be hard to test for
31883 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
31884 see ``Predicates'' mode, below.)
31886 @ifinfo
31887 @example
31889 @end example
31890 @end ifinfo
31891 @subsubsection Raw Numbers
31893 @noindent
31894 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
31895 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
31896 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
31897 numbers must be converted to and from string format as they are passed
31898 from one @code{calc-eval} to the next.
31900 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
31901 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
31902 how these objects look in the following sections, but usually you can
31903 treat them as ``black box'' objects with no important internal
31904 structure.
31906 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
31907 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signaling
31908 an error if that object is not a constant).
31910 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
31911 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
31912 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
31913 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
31914 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
31915 function in Calc, if you can remember its name.
31917 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
31918 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
31919 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
31920 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
31922 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
31923 to format it as a string.
31925 It is an error if the input expression evaluates to a list of
31926 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
31927 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
31929 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
31930 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
31931 various kinds of error returns discussed above.
31933 @ifinfo
31934 @example
31936 @end example
31937 @end ifinfo
31938 @subsubsection Predicates
31940 @noindent
31941 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
31942 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
31943 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
31944 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
31946 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
31947 one value is less than another.
31949 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
31950 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
31951 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
31952 wish to have an error register as ``false'', use something like
31953 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
31955 @ifinfo
31956 @example
31958 @end example
31959 @end ifinfo
31960 @subsubsection Variable Values
31962 @noindent
31963 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
31964 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
31965 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
31966 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
31967 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
31968 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
31969 will return @code{"7.14159265359"}.
31971 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
31972 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
31973 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
31974 understand either string or raw form values stored in variables,
31975 although raw data objects are much more efficient.  For example,
31976 to increment the Calc variable @code{a}:
31978 @example
31979 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
31980 @end example
31982 @ifinfo
31983 @example
31985 @end example
31986 @end ifinfo
31987 @subsubsection Stack Access
31989 @noindent
31990 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
31991 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
31992 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
31993 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
31994 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
31995 usual way).
31997 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
31998 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
31999 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
32000 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
32001 is the number of elements remaining in the stack after popping;
32002 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
32003 the stack.
32005 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
32006 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
32007 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
32008 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
32009 integer is out of range, @code{nil} is returned.
32011 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
32012 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
32013 as a string.
32015 In all of these cases the first argument can be made a list in
32016 order to force the default mode settings, as described above.
32017 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
32018 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
32019 instead of current display modes, except that the radix is
32020 hexadecimal instead of decimal.
32022 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
32023 found it when you are done, unless the user of your program is
32024 actually expecting it to affect the stack.
32026 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
32027 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
32028 the stack buffer if necessary.
32030 @ifinfo
32031 @example
32033 @end example
32034 @end ifinfo
32035 @subsubsection Keyboard Macros
32037 @noindent
32038 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
32039 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
32040 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
32041 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
32042 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
32043 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
32044 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
32046 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
32047 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
32048 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
32049 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
32050 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
32052 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
32053 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
32054 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
32056 The return value in this case is always @code{nil}.
32058 @ifinfo
32059 @example
32061 @end example
32062 @end ifinfo
32063 @subsubsection Lisp Evaluation
32065 @noindent
32066 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
32067 @code{eval} function is called on the first argument, which must
32068 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
32069 quote the expression so that it is not evaluated until inside
32070 @code{calc-eval}.
32072 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
32073 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
32074 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
32075 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
32077 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
32078 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
32079 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
32080 Note that this function will leave a message in the echo area as
32081 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
32082 automatically if not invoked from there, so the above call is
32083 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
32084 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
32085 your original buffer when it is done.
32087 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
32088 expression to use default instead of current mode settings.
32090 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
32091 returned by the evaluated Lisp expression.
32093 @ifinfo
32094 @example
32096 @end example
32097 @end ifinfo
32098 @subsubsection Example
32100 @noindent
32101 @findex convert-temp
32102 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
32103 you have a document with lots of references to temperatures on the
32104 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
32105 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
32106 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
32107 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
32108 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
32110 @example
32111 (defun convert-temp ()
32112   (interactive)
32113   (save-excursion
32114     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
32115     (let* ((top1 (match-beginning 1))
32116            (bot1 (match-end 1))
32117            (number (buffer-substring top1 bot1))
32118            (top2 (match-beginning 2))
32119            (bot2 (match-end 2))
32120            (type (buffer-substring top2 bot2)))
32121       (if (equal type "F")
32122           (setq type "C"
32123                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
32124         (setq type "F"
32125               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
32126       (goto-char top2)
32127       (delete-region top2 bot2)
32128       (insert-before-markers type)
32129       (goto-char top1)
32130       (delete-region top1 bot1)
32131       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
32132           (setq number (substring number 0 -1)))
32133       (insert number))))
32134 @end example
32136 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
32137 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
32138 instead of after it.
32140 @node Internals, , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
32141 @subsection Calculator Internals
32143 @noindent
32144 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
32145 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
32146 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
32147 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
32148 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
32149 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
32150 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
32151 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
32153 The functions described here are scattered throughout the various
32154 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
32155 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
32156 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
32157 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
32158 in the remaining component files.
32160 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
32161 generally always executes with the extensions already loaded, so
32162 normally you can use any Calc function and be confident that it will
32163 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
32164 special, check carefully to make sure each function you are using is
32165 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
32166 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
32167 prove this file will already be loaded.
32169 @menu
32170 * Data Type Formats::
32171 * Interactive Lisp Functions::
32172 * Stack Lisp Functions::
32173 * Predicates::
32174 * Computational Lisp Functions::
32175 * Vector Lisp Functions::
32176 * Symbolic Lisp Functions::
32177 * Formatting Lisp Functions::
32178 * Hooks::
32179 @end menu
32181 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
32182 @subsubsection Data Type Formats
32184 @noindent
32185 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
32186 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
32187 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
32188 which is not a Lisp list.
32190 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
32191 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
32192 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
32193 @i{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
32194 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
32195 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
32196 example, the integer @i{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
32198 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
32199 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
32200 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
32201 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
32202 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
32203 and large integers are called @dfn{bignums}.
32205 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
32206 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
32207 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
32208 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
32209 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
32210 are normalized by negating the numerator and denominator.
32212 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
32213 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
32214 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
32215 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
32216 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
32217 @i{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
32218 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
32219 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
32220 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
32221 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)@refill
32223 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
32224 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
32225 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
32226 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
32227 components are converted to real numbers automatically.@refill
32229 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
32230 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
32231 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
32232 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
32233 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
32234 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
32235 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
32236 negative real number.)@refill
32238 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
32239 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
32240 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
32241 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
32242 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.@refill
32244 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
32245 a real number that counts days since midnight on the morning of
32246 January 1, 1 AD.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
32247 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
32249 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
32250 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
32251 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
32253 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
32254 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
32255 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
32256 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
32257 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
32258 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
32260 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
32261 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
32262 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
32263 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
32264 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
32265 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
32266 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
32267 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
32268 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
32269 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
32271 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
32272 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
32273 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
32274 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
32275 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
32276 generally unused by Calc data structures.
32278 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
32279 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
32280 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
32281 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
32282 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
32283 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
32284 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
32285 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
32286 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
32287 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
32288 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
32289 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
32290 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
32291 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
32292 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
32293 which represent units are not stored in any special way; they are units
32294 only because their names appear in the units table.  If the value
32295 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
32296 the variable is used.@refill
32298 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
32299 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
32300 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
32301 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
32302 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
32303 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
32304 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
32305 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
32306 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
32307 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
32308 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
32309 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
32310 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
32311 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
32312 object which represents their value, or a list of such objects if they
32313 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
32314 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
32315 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
32316 and is not used by any built-in Calc functions.)@refill
32318 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
32319 @subsubsection Interactive Functions
32321 @noindent
32322 The functions described here are used in implementing interactive Calc
32323 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
32324 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
32325 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
32327 @defun calc-set-command-flag flag
32328 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
32329 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
32330 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
32331 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
32332 @end defun
32334 @defun calc-clear-command-flag flag
32335 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
32336 remove it from that list.
32337 @end defun
32339 @defun calc-record-undo rec
32340 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
32341 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
32342 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
32343 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
32344 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
32345 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
32346 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
32347 contains the variable's value) was stored and its previous value was
32348 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
32349 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
32350 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
32351 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
32352 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.@refill
32353 @end defun
32355 @defun calc-record-why msg args
32356 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
32357 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
32358 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
32359 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
32360 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
32361 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
32362 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
32363 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
32364 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
32365 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
32366 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
32367 automatically; @pxref{Predicates}.@refill
32368 @end defun
32370 @defun calc-is-inverse
32371 This predicate returns true if the current command is inverse,
32372 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
32373 @end defun
32375 @defun calc-is-hyperbolic
32376 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
32377 @end defun
32379 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
32380 @subsubsection Stack-Oriented Functions
32382 @noindent
32383 The functions described here perform various operations on the Calc
32384 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
32386 @defun calc-push-list vals n
32387 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
32388 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
32389 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
32390 elements will be inserted into the stack so that the last element will
32391 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
32392 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
32393 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
32394 is an empty list, nothing happens.@refill
32396 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
32397 You can give an optional third argument to this function, which must
32398 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
32399 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
32400 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
32401 @end defun
32403 @defun calc-top-list n m
32404 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
32405 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
32406 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
32407 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
32408 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
32409 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
32410 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
32411 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
32412 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
32413 evaluated, rounded, or renormalized.@refill
32415 If any stack elements contain selections, and selections have not
32416 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
32417 this function returns the selected portions rather than the entire
32418 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
32419 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
32420 a selection in any of the requested stack elements produces an
32421 ``illegal operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
32422 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
32423 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
32424 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
32425 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
32426 list form is returned; the first element of this list will be the whole
32427 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
32428 @end defun
32430 @defun calc-pop-stack n m
32431 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
32432 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
32433 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
32435 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
32436 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
32437 error without changing the stack.  If you supply an optional third
32438 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
32439 contain selections.
32440 @end defun
32442 @defun calc-record-list vals tag
32443 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
32444 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
32445 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
32446 will be used.
32447 @end defun
32449 @defun calc-normalize n
32450 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
32451 least this involves re-rounding floating-point values according to the
32452 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
32453 selected no-simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
32454 actually evaluating a formula object by executing the function calls
32455 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
32456 @end defun
32458 @defun calc-top-list-n n m
32459 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
32460 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
32461 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
32462 objects will be rejected with an error message.  All computational
32463 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
32464 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
32465 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
32466 This function accepts the same optional selection-mode argument as
32467 @code{calc-top-list}.
32468 @end defun
32470 @defun calc-top-n m
32471 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
32472 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
32473 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
32474 @end defun
32476 @defun calc-enter-result n tag vals
32477 This function is a convenient interface to most of the above functions.
32478 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
32479 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
32480 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
32481 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
32482 A typical stack-based computational command would take the form,
32484 @smallexample
32485 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
32486                                (calc-top-list-n @var{n})))
32487 @end smallexample
32489 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
32490 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
32491 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
32492 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
32493 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
32494 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
32495 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
32496 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
32497 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
32498 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
32499 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
32500 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
32501 are present.
32502 @end defun
32504 @defun calc-unary-op tag func arg
32505 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
32506 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
32507 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
32508 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
32509 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,@refill
32511 @smallexample
32512 (defun calc-zeta (arg)
32513   (interactive "P")
32514   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
32515 @end smallexample
32516 @end defun
32518 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
32519 This function implements a binary operator, analogously to
32520 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
32521 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
32522 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
32523 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
32524 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
32525 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
32526 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
32527 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
32528 stack elements; when the argument is negative, the function is
32529 mapped between the next-to-top @i{-@var{arg}} stack elements and the
32530 top element.@refill
32531 @end defun
32533 @defun calc-stack-size
32534 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
32535 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
32536 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
32537 @end defun
32539 @defun calc-cursor-stack-index n
32540 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
32541 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
32542 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
32543 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
32544 line number, not the stack entry itself.@refill
32545 @end defun
32547 @defun calc-substack-height n
32548 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
32549 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
32550 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
32551 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
32552 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
32553 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
32554 entries.)@refill
32555 @end defun
32557 @defun calc-refresh
32558 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
32559 This must be called after changing any parameter, such as the current
32560 display radix, which might change the appearance of existing stack
32561 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
32562 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
32563 rather than just the top few elements when the macro finishes.)@refill
32564 @end defun
32566 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
32567 @subsubsection Predicates
32569 @noindent
32570 The functions described here are predicates, that is, they return a
32571 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
32572 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
32573 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
32574 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
32575 the full range of Calc data types.
32577 @defun zerop x
32578 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
32579 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
32580 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
32581 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
32582 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
32583 @end defun
32585 @defun negp x
32586 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
32587 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
32588 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
32589 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
32590 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
32591 @end defun
32593 @defun posp x
32594 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
32595 numbers, none of these three predicates will return true.
32596 @end defun
32598 @defun looks-negp x
32599 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
32600 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
32601 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
32602 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
32603 @end defun
32605 @defun integerp x
32606 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
32607 @end defun
32609 @defun fixnump x
32610 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
32611 @end defun
32613 @defun natnump x
32614 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
32615 @end defun
32617 @defun fixnatnump x
32618 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
32619 @end defun
32621 @defun num-integerp x
32622 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
32623 true integer or a float with no significant digits to the right of
32624 the decimal point.
32625 @end defun
32627 @defun messy-integerp x
32628 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
32629 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
32630 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
32631 @end defun
32633 @defun num-natnump x
32634 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
32635 @end defun
32637 @defun evenp x
32638 Returns true if @var{x} is an even integer.
32639 @end defun
32641 @defun looks-evenp x
32642 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
32643 multiplicative coefficient which is an even integer.
32644 @end defun
32646 @defun oddp x
32647 Returns true if @var{x} is an odd integer.
32648 @end defun
32650 @defun ratp x
32651 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
32652 fraction.
32653 @end defun
32655 @defun realp x
32656 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
32657 or floating-point number.
32658 @end defun
32660 @defun anglep x
32661 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
32662 @end defun
32664 @defun floatp x
32665 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
32666 interval, date form, or modulo form in which at least one component
32667 is a float.
32668 @end defun
32670 @defun complexp x
32671 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
32672 (but not a real number).
32673 @end defun
32675 @defun rect-complexp x
32676 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
32677 @end defun
32679 @defun polar-complexp x
32680 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
32681 @end defun
32683 @defun numberp x
32684 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
32685 @end defun
32687 @defun scalarp x
32688 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
32689 @end defun
32691 @defun vectorp x
32692 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
32693 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
32694 @end defun
32696 @defun numvecp x
32697 Returns true if @var{x} is a number or vector.
32698 @end defun
32700 @defun matrixp x
32701 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
32702 all of the same size.
32703 @end defun
32705 @defun square-matrixp x
32706 Returns true if @var{x} is a square matrix.
32707 @end defun
32709 @defun objectp x
32710 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
32711 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
32712 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
32713 as their components; see @code{constp} below.)
32714 @end defun
32716 @defun objvecp x
32717 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
32718 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
32719 mentioned above for @code{objectp}).
32720 @end defun
32722 @defun primp x
32723 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
32724 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
32725 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
32726 and intervals.
32727 @end defun
32729 @defun constp x
32730 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
32731 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
32732 components are @code{constp}.
32733 @end defun
32735 @defun lessp x y
32736 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
32737 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
32738 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
32739 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
32740 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
32741 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
32742 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.@refill
32743 @end defun
32745 @defun beforep x y
32746 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
32747 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
32748 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
32749 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
32750 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
32751 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
32752 by @kbd{a s} to put the terms of a product into canonical order:
32753 This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to @samp{2 x y}.
32754 @end defun
32756 @defun equal x y
32757 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
32758 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
32759 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
32760 0 and 0.0 as different.
32761 @end defun
32763 @defun math-equal x y
32764 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
32765 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
32766 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
32767 converted to @samp{(math-equal x y)}.
32768 @end defun
32770 @defun equal-int x n
32771 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
32772 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
32773 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
32774 whenever possible.@refill
32775 @end defun
32777 @defun nearly-equal x y
32778 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
32779 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
32780 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
32781 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
32782 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
32783 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
32784 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
32785 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
32786 error in the series evaluation without doing extra work which would be
32787 lost when the result is rounded back down to the current precision.
32788 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
32789 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
32790 @end defun
32792 @defun nearly-zerop x y
32793 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
32794 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
32795 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
32796 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
32797 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
32798 @var{y} must be real.
32799 @end defun
32801 @defun is-true x
32802 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
32803 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
32804 or a provably non-zero formula.
32805 @end defun
32807 @defun reject-arg val pred
32808 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
32809 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
32810 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
32811 function call which led here will be left in symbolic form.@refill
32812 @end defun
32814 @defun inexact-value
32815 If Symbolic Mode is enabled, this will signal an error that causes
32816 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
32817 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic Mode.)
32818 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic Mode, the
32819 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
32820 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
32821 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic Mode will
32822 return the formula @samp{sin(5)} to your function.@refill
32823 @end defun
32825 @defun overflow
32826 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
32827 @end defun
32829 @defun underflow
32830 This signals a floating-point underflow.
32831 @end defun
32833 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
32834 @subsubsection Computational Functions
32836 @noindent
32837 The functions described here do the actual computational work of the
32838 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
32839 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
32840 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
32841 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
32842 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
32843 is the actual Lisp function for taking square roots.@refill
32845 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
32846 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
32847 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
32848 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
32849 respectively, instead.@refill
32851 @defun normalize val
32852 (Full form: @code{math-normalize}.)
32853 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
32854 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
32855 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
32856 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
32857 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
32858 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
32859 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
32860 return 6.@refill
32862 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
32863 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
32864 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
32865 the formula still in symbolic form.@refill
32867 If the current Simplification Mode is ``none'' or ``numeric arguments
32868 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
32869 powerful simplification modes (like algebraic simplification) are
32870 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
32871 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
32872 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
32873 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
32874 on the stack.@refill
32875 @end defun
32877 @defun evaluate-expr expr
32878 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
32879 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
32880 when you press the @kbd{=} key interactively.@refill
32881 @end defun
32883 @defmac with-extra-prec n body
32884 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
32885 digits.  This is a macro which expands to
32887 @smallexample
32888 (math-normalize
32889   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
32890     @var{body}))
32891 @end smallexample
32893 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
32894 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
32895 is important because some arithmetic operations assume a number's
32896 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
32897 @end defmac
32899 @defun make-frac n d
32900 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
32901 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
32902 @end defun
32904 @defun make-float mant exp
32905 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
32906 of which are arbitrary integers.  This function will return a
32907 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
32908 if @var{exp} is out of range.
32909 @end defun
32911 @defun make-sdev x sigma
32912 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
32913 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
32914 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
32915 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
32916 error forms, this calls @code{reject-arg}.
32917 @end defun
32919 @defun make-intv mask lo hi
32920 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
32921 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
32922 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
32923 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
32924 @end defun
32926 @defun sort-intv mask lo hi
32927 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
32928 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
32929 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
32930 @end defun
32932 @defun make-mod n m
32933 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
32934 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
32935 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
32936 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
32937 @end defun
32939 @defun float x
32940 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
32941 converted to numerically equivalent floats; components of complex
32942 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
32943 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
32944 or formula, this calls @code{reject-arg}.
32945 @end defun
32947 @defun compare x y
32948 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @i{-1} if
32949 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
32950 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
32951 undefined or cannot be determined.@refill
32952 @end defun
32954 @defun numdigs n
32955 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
32956 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
32957 considered to have zero digits.
32958 @end defun
32960 @defun scale-int x n
32961 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @i{-@var{n}}
32962 digits with truncation toward zero.
32963 @end defun
32965 @defun scale-rounding x n
32966 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
32967 integer rather than truncating.
32968 @end defun
32970 @defun fixnum n
32971 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
32972 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
32973 24 binary bits) the result is undefined.
32974 @end defun
32976 @defun sqr x
32977 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
32978 @end defun
32980 @defun quotient x y
32981 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
32982 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
32983 direction of rounding is undefined.
32984 @end defun
32986 @defun idiv x y
32987 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
32988 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
32989 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
32990 slower than for @code{quotient}.
32991 @end defun
32993 @defun imod x y
32994 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
32995 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
32996 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
32997 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
32998 @end defun
33000 @defun idivmod x y
33001 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
33002 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
33003 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.@refill
33004 @end defun
33006 @defun pow x y
33007 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
33008 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
33009 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.@refill
33010 @end defun
33012 @defun abs-approx x
33013 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
33014 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
33015 the absolute values of the components.
33016 @end defun
33018 @findex two-pi
33019 @findex pi-over-2
33020 @findex pi-over-4
33021 @findex pi-over-180
33022 @findex sqrt-two-pi
33023 @findex sqrt-e
33024 @findex e
33025 @findex ln-2
33026 @findex ln-10
33027 @defun pi
33028 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
33029 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
33030 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
33031 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, and @code{ln-10}.  Each function
33032 returns a floating-point value in the current precision, and each uses
33033 caching so that all calls after the first are essentially free.@refill
33034 @end defun
33036 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
33037 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
33038 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
33039 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
33040 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
33041 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
33042 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
33043 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
33044 with the current precision increased by four, and the result minus its
33045 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
33046 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
33047 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
33048 again to 30 digits for use in the present request.@refill
33049 @end defmac
33051 @findex half-circle
33052 @findex quarter-circle
33053 @defun full-circle symb
33054 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
33055 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
33056 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
33057 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic Mode.  There are also similar
33058 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
33059 @end defun
33061 @defun power-of-2 n
33062 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
33063 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
33064 particular @var{n} is expensive.
33065 @end defun
33067 @defun integer-log2 n
33068 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
33069 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
33070 return @code{nil}.
33071 @end defun
33073 @defun div-mod a b m
33074 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
33075 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.@refill
33076 @end defun
33078 @defun pow-mod a b m
33079 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
33080 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
33081 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
33082 @end defun
33084 @defun isqrt n
33085 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
33086 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
33087 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
33088 @end defun
33090 @defun to-hms a ang
33091 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
33092 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
33093 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
33094 is already an HMS form it is returned as-is.
33095 @end defun
33097 @defun from-hms a ang
33098 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
33099 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
33100 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
33101 is returned as-is.
33102 @end defun
33104 @defun to-radians a
33105 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
33106 angular mode.
33107 @end defun
33109 @defun from-radians a
33110 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
33111 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
33112 @end defun
33114 @defun to-radians-2 a
33115 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic Mode a degrees to
33116 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
33117 @end defun
33119 @defun from-radians-2 a
33120 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic Mode a radians to
33121 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
33122 @end defun
33124 @defun random-digit
33125 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
33126 @end defun
33128 @defun random-digits n
33129 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
33130 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
33131 @end defun
33133 @defun random-float
33134 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
33135 @end defun
33137 @defun prime-test n iters
33138 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
33139 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
33140 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
33141 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
33142 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
33143 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
33144 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
33145 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
33146 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
33147 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
33148 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
33149 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
33150 @code{prime-test} remembers where it left off.@refill
33151 @end defun
33153 @defun to-simple-fraction f
33154 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
33155 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
33156 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
33157 fast.
33158 @end defun
33160 @defun to-fraction f tol
33161 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
33162 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
33163 function @code{frac}, and can be rather slow.
33164 @end defun
33166 @defun quarter-integer n
33167 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
33168 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
33169 @i{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
33170 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
33171 returns @code{nil}.
33172 @end defun
33174 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
33175 @subsubsection Vector Functions
33177 @noindent
33178 The functions described here perform various operations on vectors and
33179 matrices.
33181 @defun math-concat x y
33182 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
33183 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
33184 @end defun
33186 @defun vec-length v
33187 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
33188 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
33189 rows in the matrix.
33190 @end defun
33192 @defun mat-dimens m
33193 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
33194 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
33195 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
33196 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
33197 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
33198 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
33199 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
33200 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
33201 elements.@refill
33202 @end defun
33204 @defun dimension-error
33205 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
33206 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
33207 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
33208 @end defun
33210 @defun build-vector args
33211 Return a Calc vector with @var{args} as elements.
33212 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
33213 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
33214 @end defun
33216 @defun make-vec obj dims
33217 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
33218 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
33219 filled with 27's.
33220 @end defun
33222 @defun row-matrix v
33223 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
33224 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
33225 leave it alone.
33226 @end defun
33228 @defun col-matrix v
33229 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
33230 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
33231 already a matrix, leave it alone.
33232 @end defun
33234 @defun map-vec f v
33235 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
33236 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
33237 of vector @var{v}.
33238 @end defun
33240 @defun map-vec-2 f a b
33241 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
33242 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
33243 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
33244 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
33245 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
33246 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
33247 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
33248 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
33249 just where they are in the function position of a Lisp expression.@refill
33250 @end defun
33252 @defun reduce-vec f v
33253 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
33254 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
33255 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
33256 @end defun
33258 @defun reduce-cols f m
33259 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
33260 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
33261 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
33262 @end defun
33264 @defun mat-row m n
33265 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
33266 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
33267 (@xref{Extracting Elements}.)
33268 @end defun
33270 @defun mat-col m n
33271 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
33272 The arguments are not checked for correctness.
33273 @end defun
33275 @defun mat-less-row m n
33276 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
33277 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
33278 @end defun
33280 @defun mat-less-col m n
33281 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
33282 @end defun
33284 @defun transpose m
33285 Return the transpose of matrix @var{m}.
33286 @end defun
33288 @defun flatten-vector v
33289 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
33290 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
33291 @end defun
33293 @defun copy-matrix m
33294 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
33295 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
33296 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
33297 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
33298 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
33299 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.@refill
33300 @end defun
33302 @defun swap-rows m r1 r2
33303 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
33304 other words, unlike most of the other functions described here, this
33305 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
33306 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
33307 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
33308 @var{m}.@refill
33309 @end defun
33311 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
33312 @subsubsection Symbolic Functions
33314 @noindent
33315 The functions described here operate on symbolic formulas in the
33316 Calculator.
33318 @defun calc-prepare-selection num
33319 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
33320 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
33321 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
33322 useful information about the current stack entry into a set of
33323 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
33324 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
33325 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
33326 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
33327 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
33328 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
33329 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
33330 their corresponding sub-formulas.
33332 A slight complication arises in the selection mechanism because
33333 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
33334 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
33335 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
33336 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
33337 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
33338 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
33339 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
33340 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
33341 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
33342 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
33343 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
33344 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
33345 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
33346 @end defun
33348 @defun calc-encase-atoms x
33349 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
33350 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
33351 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
33352 the formula in-place.
33353 @end defun
33355 @defun calc-find-selected-part
33356 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
33357 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
33358 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
33359 formula, this returns @code{nil}.
33360 @end defun
33362 @defun calc-change-current-selection selection
33363 Change the currently prepared stack element's selection to
33364 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
33365 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
33366 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
33367 to reflect the new selection.
33368 @end defun
33370 @defun calc-find-nth-part expr n
33371 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
33372 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
33373 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
33374 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
33375 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
33376 @end defun
33378 @defun calc-find-parent-formula expr part
33379 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
33380 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
33381 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
33382 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
33383 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
33384 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
33385 This function does not take associativity into account.
33386 @end defun
33388 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
33389 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
33390 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
33391 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
33392 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
33393 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
33394 return the whole expression.
33395 @end defun
33397 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
33398 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
33399 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
33400 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
33401 has been used, this simply returns @var{part}.
33402 @end defun
33404 @defun calc-find-sub-formula expr part
33405 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
33406 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
33407 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
33408 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
33409 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
33410 function does not take associativity into account.
33411 @end defun
33413 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
33414 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
33415 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
33416 @end defun
33418 @defun simplify expr
33419 Simplify the expression @var{expr} by applying various algebraic rules.
33420 This is what the @w{@kbd{a s}} (@code{calc-simplify}) command uses.  This
33421 always returns a copy of the expression; the structure @var{expr} points
33422 to remains unchanged in memory.
33424 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
33425 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
33426 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
33427 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
33428 each level, any simplifications that can be made are made until no
33429 further changes are possible.  Once the entire formula has been
33430 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
33431 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
33432 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
33433 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
33434 needed:@: one to simplify the formula, and another to verify that no
33435 further simplifications were possible.
33436 @end defun
33438 @defun simplify-extended expr
33439 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
33440 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
33441 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
33442 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
33443 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
33444 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
33445 Dangerous simplification rules are written to check this variable
33446 before taking any action.@refill
33447 @end defun
33449 @defun simplify-units expr
33450 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
33451 whenever possible.  This works by binding the variable
33452 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
33453 @end defun
33455 @defmac math-defsimplify funcs body
33456 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
33457 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
33458 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
33459 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
33460 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
33461 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
33462 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
33463 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
33464 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
33465 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
33466 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
33467 If the function body returns something different, that new formula is
33468 substituted for @var{expr} in the original formula.@refill
33470 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
33471 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
33472 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
33473 function will not have a chance to trigger until the next iteration
33474 of the main @code{simplify} loop.
33476 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
33477 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
33478 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
33479 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
33481 The arguments of a function call will already have been simplified
33482 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
33483 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
33484 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
33485 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
33487 @smallexample
33488 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
33489   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
33490            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
33491                            (math-neg (nth 1 expr)))))
33492       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
33493            (or math-living-dangerously
33494                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
33495            (nth 1 (nth 1 expr)))))
33496 @end smallexample
33498 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
33499 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
33500 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
33501 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.@refill
33502 @end defmac
33504 @defun common-constant-factor expr
33505 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
33506 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
33507 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
33508 3 is a common factor of all the terms.
33509 @end defun
33511 @defun cancel-common-factor expr factor
33512 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
33513 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
33514 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
33515 it is being used by a simplification rule (where such things are
33516 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
33517 square roots:
33519 @smallexample
33520 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
33521   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
33522     (and fac (not (eq fac 1))
33523          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
33524                    (math-normalize
33525                     (list 'calcFunc-sqrt
33526                           (math-cancel-common-factor
33527                            (nth 1 expr) fac)))))))
33528 @end smallexample
33529 @end defun
33531 @defun frac-gcd a b
33532 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
33533 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
33534 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
33535 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
33536 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.@refill
33537 @end defun
33539 @defun map-tree func expr many
33540 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
33541 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
33542 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
33543 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
33544 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
33545 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
33546 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
33547 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
33548 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
33549 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
33550 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
33551 default, as described above, is infinitely many times.@refill
33552 @end defun
33554 @defun compile-rewrites rules
33555 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
33556 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
33557 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
33558 for that same variable can return immediately.  If there are problems
33559 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
33560 message.
33561 @end defun
33563 @defun apply-rewrites expr crules heads
33564 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
33565 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
33566 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
33567 matched, or if the only rules that matched did not actually change
33568 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
33569 it should be a list of all function names that (may) appear in
33570 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
33571 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
33572 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
33573 down to just a few rules in the rule set.
33574 @end defun
33576 @defun rewrite-heads expr
33577 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
33578 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
33579 @end defun
33581 @defun rewrite expr rules many
33582 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
33583 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
33584 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
33585 times.
33586 @end defun
33588 @defun match-patterns pat vec not-flag
33589 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
33590 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
33591 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
33592 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
33593 @end defun
33595 @defun deriv expr var value symb
33596 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
33597 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
33598 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
33599 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
33600 functions for which no derivative formula is known, new derivative
33601 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
33602 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of undifferentiable
33603 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
33604 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
33606 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
33607 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
33608 of the symbol for the function's derivative, which will be the
33609 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
33610 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
33611 original function call that is being differentiated.  It should return
33612 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
33613 is defined by
33615 @smallexample
33616 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
33617      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
33618 @end smallexample
33620 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
33621 @smallexample
33622 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
33623      (function (lambda (x b) ... )))
33624 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
33625      (function (lambda (x b) ... )))
33626 @end smallexample
33627 @end defun
33629 @defun tderiv expr var value symb
33630 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
33631 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
33632 assumed to be constant with respect to @var{var}.
33633 @end defun
33635 @defun integ expr var low high
33636 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
33637 @xref{Calculus}, for further details.
33638 @end defun
33640 @defmac math-defintegral funcs body
33641 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
33642 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
33643 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
33644 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
33645 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
33646 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
33647 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
33648 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
33649 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
33650 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
33652 @smallexample
33653 (math-defintegral calcFunc-conj
33654   (let ((int (math-integral u)))
33655     (and int
33656          (list 'calcFunc-conj int))))
33658 (math-defintegral calcFunc-cos
33659   (and (equal u math-integ-var)
33660        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
33661 @end smallexample
33663 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
33664 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
33665 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
33666 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
33667 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
33668 result.@refill
33669 @end defmac
33671 @defmac math-defintegral-2 funcs body
33672 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
33673 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
33674 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
33675 @var{v}.@refill
33676 @end defmac
33678 @defun solve-for lhs rhs var full
33679 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
33680 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
33681 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
33682 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
33683 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
33684 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
33685 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
33686 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
33687 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
33688 as properties in a manner similar to derivatives:@refill
33690 @smallexample
33691 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
33692      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
33693 @end smallexample
33695 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
33696 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
33697 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
33698 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
33699 if the caller requested a non-``full'' solution.
33700 @end defun
33702 @defun solve-eqn expr var full
33703 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
33704 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
33705 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
33706 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
33707 @end defun
33709 @defun solve-system exprs vars full
33710 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
33711 and @var{vars} will be vectors of equal length.
33712 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
33713 @end defun
33715 @defun expr-contains expr var
33716 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
33717 of @var{expr}.
33719 This function might seem at first to be identical to
33720 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
33721 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
33722 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
33723 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
33724 @code{eq} to each other.@refill
33725 @end defun
33727 @defun expr-contains-count expr var
33728 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
33729 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.@refill
33730 @end defun
33732 @defun expr-depends expr var
33733 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
33734 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
33735 in common.
33736 @end defun
33738 @defun expr-contains-vars expr
33739 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
33740 contains only constants and functions with constant arguments.
33741 @end defun
33743 @defun expr-subst expr old new
33744 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
33745 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
33746 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
33747 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.@refill
33748 @end defun
33750 @defun multi-subst expr old new
33751 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
33752 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
33753 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
33754 are ignored.
33755 @end defun
33757 @defun expr-weight expr
33758 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
33759 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
33760 ``primitive'' objects, this will be one.
33761 @end defun
33763 @defun expr-height expr
33764 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
33765 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
33766 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.@refill
33767 @end defun
33769 @defun polynomial-p expr var
33770 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
33771 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
33772 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
33773 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
33774 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
33775 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
33776 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
33777 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
33778 a polynomial of degree 0.@refill
33779 @end defun
33781 @defun is-polynomial expr var degree loose
33782 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
33783 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
33784 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
33785 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
33786 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
33787 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
33788 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
33789 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
33790 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
33791 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
33792 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
33793 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
33794 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
33795 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
33796 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
33797 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
33798 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
33799 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
33800 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.@refill
33801 @end defun
33803 @defun polynomial-base expr pred
33804 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
33805 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
33806 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
33807 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
33808 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
33809 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
33810 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
33811 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
33812 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
33813 is found.@refill
33814 @end defun
33816 @defun poly-simplify poly
33817 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
33818 clipping off trailing zeros.
33819 @end defun
33821 @defun poly-mix a ac b bc
33822 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
33823 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
33824 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
33825 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.@refill
33826 @end defun
33828 @defun poly-mul a b
33829 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
33830 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
33831 @end defun
33833 @defun build-polynomial-expr poly var
33834 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
33835 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
33836 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
33837 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
33838 to turn the list back into an expression in regular form.@refill
33839 @end defun
33841 @defun check-unit-name var
33842 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
33843 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
33844 will be a list whose first element is the unit name (not counting
33845 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
33846 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
33847 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
33848 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
33849 @end defun
33851 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
33852 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
33853 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
33854 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
33855 checks whether @var{expr} is directly a units expression.@refill
33856 @end defun
33858 @defun single-units-in-expr-p expr
33859 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
33860 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
33861 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
33862 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
33863 @end defun
33865 @defun to-standard-units expr which
33866 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
33867 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
33868 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
33869 where the first element is a Calc base symbol name and the second
33870 is an expression to substitute for it.@refill
33871 @end defun
33873 @defun remove-units expr
33874 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
33875 This expression is generally normalized before use.
33876 @end defun
33878 @defun extract-units expr
33879 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
33880 by ones.
33881 @end defun
33883 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
33884 @subsubsection I/O and Formatting Functions
33886 @noindent
33887 The functions described here are responsible for parsing and formatting
33888 Calc numbers and formulas.
33890 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
33891 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
33892 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
33893 @end defun
33895 @defun read-number str
33896 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
33897 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
33898 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
33899 @end defun
33901 @defun read-expr str
33902 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
33903 not have the form of a valid expression, return a list of the form
33904 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
33905 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
33906 a string describing the problem.@refill
33907 @end defun
33909 @defun read-exprs str
33910 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
33911 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
33912 shown above is returned instead.
33913 @end defun
33915 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
33916 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
33917 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
33918 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
33919 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
33920 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
33921 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
33922 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
33923 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
33924 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
33925 @code{calc-normalize} first.@refill
33927 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
33928 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
33929 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
33930 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
33931 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
33932 that actually appeared in the input.@refill
33933 @end defun
33935 @defun format-number a
33936 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
33937 @end defun
33939 @defun format-flat-expr a prec
33940 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
33941 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
33942 This is a simple format designed
33943 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
33944 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
33945 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
33946 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
33947 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
33948 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.@refill
33949 @end defun
33951 @defun format-nice-expr a width
33952 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
33953 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
33954 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
33955 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
33956 command uses this when only one stack entry is being edited.
33957 @end defun
33959 @defun format-value a width
33960 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
33961 format seen in the stack buffer.  Beware the string returned may
33962 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
33963 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
33964 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
33965 parameter, if given, is the target window size for which to format
33966 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
33967 window is used.@refill
33968 @end defun
33970 @defun compose-expr a prec
33971 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
33972 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
33973 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
33974 You can specify the format of a given type of function call by putting
33975 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
33976 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
33977 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
33978 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
33979 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
33980 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
33981 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
33982 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
33983 normal function-call notation for that language.
33984 @end defun
33986 @defun composition-to-string c w
33987 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
33988 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
33989 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
33990 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
33991 followed by @code{composition-to-string}.
33992 @end defun
33994 @defun comp-width c
33995 Compute the width in characters of composition @var{c}.
33996 @end defun
33998 @defun comp-height c
33999 Compute the height in lines of composition @var{c}.
34000 @end defun
34002 @defun comp-ascent c
34003 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
34004 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
34005 @end defun
34007 @defun comp-descent c
34008 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
34009 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
34010 @end defun
34012 @defun comp-first-char c
34013 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
34014 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
34015 return @code{nil}.@refill
34016 @end defun
34018 @defun comp-last-char c
34019 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
34020 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
34021 @end defun
34023 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
34024 @comment @subsubsection Lisp Variables
34025 @comment
34026 @comment @noindent
34027 @comment (This section is currently unfinished.)
34029 @node Hooks, , Formatting Lisp Functions, Internals
34030 @subsubsection Hooks
34032 @noindent
34033 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
34034 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
34035 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
34036 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
34037 other customization-related variables are also described here.
34039 @defvar calc-load-hook
34040 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
34041 been loaded, before any functions in it have been called, but after
34042 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
34043 @end defvar
34045 @defvar calc-ext-load-hook
34046 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
34047 @end defvar
34049 @defvar calc-start-hook
34050 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
34051 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
34052 necessary, the Calc window and trail window have been created,
34053 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
34054 @end defvar
34056 @defvar calc-mode-hook
34057 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
34058 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
34059 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
34060 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
34061 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
34062 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
34063 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
34064 been evaluated yet.
34065 @end defvar
34067 @defvar calc-trail-mode-hook
34068 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
34069 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
34070 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
34071 per Emacs session.
34072 @end defvar
34074 @defvar calc-end-hook
34075 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
34076 presses @kbd{q} or @kbd{M-# c} while in Calc.  The Calc buffer will
34077 be the current buffer.  The hook is called as the very first
34078 step, before the Calc window is destroyed.
34079 @end defvar
34081 @defvar calc-window-hook
34082 If this hook exists, it is called to create the Calc window.
34083 Upon return, this new Calc window should be the current window.
34084 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
34085 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
34086 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
34087 and @code{select-window} to create the Calc window.
34088 @end defvar
34090 @defvar calc-trail-window-hook
34091 If this hook exists, it is called to create the Calc Trail window.
34092 The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
34093 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook},
34094 this hook must @emph{not} switch into the new window.
34095 @end defvar
34097 @defvar calc-edit-mode-hook
34098 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
34099 commands) when the temporary editing buffer is being created.
34100 The buffer will have been selected and set up to be in
34101 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
34102 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
34103 @code{calc-edit} command.)
34104 @end defvar
34106 @defvar calc-mode-save-hook
34107 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
34108 after Calc's own mode features have been inserted into the
34109 @file{.emacs} buffer and just before the ``End of mode settings''
34110 message is inserted.
34111 @end defvar
34113 @defvar calc-reset-hook
34114 This hook is called after @kbd{M-# 0} (@code{calc-reset}) has
34115 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
34116 @end defvar
34118 @defvar calc-other-modes
34119 This variable contains a list of strings.  The strings are
34120 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
34121 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
34122 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
34123 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
34124 @end defvar
34126 @defvar calc-mode-map
34127 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
34128 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
34129 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
34130 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
34131 which is a command that loads the extensions package and
34132 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
34133 one of these keys, it will probably be overridden when the
34134 extensions are loaded.
34135 @end defvar
34137 @defvar calc-digit-map
34138 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
34139 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
34140 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
34141 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
34142 @end defvar
34144 @defvar calc-alg-ent-map
34145 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
34146 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
34147 @end defvar
34149 @defvar calc-store-var-map
34150 This is the keymap that is used during entry of variable names for
34151 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
34152 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
34153 @end defvar
34155 @defvar calc-edit-mode-map
34156 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
34157 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
34158 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
34159 @end defvar
34161 @defvar calc-mode-var-list
34162 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
34163 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
34164 and its default value.  When modes are being saved, each variable
34165 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
34166 non-default variables are written out.
34167 @end defvar
34169 @defvar calc-local-var-list
34170 This is a list of variables which should be buffer-local to the
34171 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
34172 These variables also have their default values manipulated by
34173 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
34174 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
34175 used the first time, your hook should add a variable to the
34176 list and also call @code{make-local-variable} itself.
34177 @end defvar
34179 @node Installation, Reporting Bugs, Programming, Top
34180 @appendix Installation
34182 @noindent
34183 As of Calc 2.02g, Calc is integrated with GNU Emacs, and thus requires
34184 no separate installation of its Lisp files and this manual.
34186 @appendixsec The GNUPLOT Program
34188 @noindent
34189 Calc's graphing commands use the GNUPLOT program.  If you have GNUPLOT
34190 but you must type some command other than @file{gnuplot} to get it,
34191 you should add a command to set the Lisp variable @code{calc-gnuplot-name}
34192 to the appropriate file name.  You may also need to change the variables
34193 @code{calc-gnuplot-plot-command} and @code{calc-gnuplot-print-command} in
34194 order to get correct displays and hardcopies, respectively, of your
34195 plots.@refill
34197 @ifinfo
34198 @example
34200 @end example
34201 @end ifinfo
34202 @appendixsec Printed Documentation
34204 @noindent
34205 Because the Calc manual is so large, you should only make a printed
34206 copy if you really need it.  To print the manual, you will need the
34207 @TeX{} typesetting program (this is a free program by Donald Knuth
34208 at Stanford University) as well as the @file{texindex} program and
34209 @file{texinfo.tex} file, both of which can be obtained from the FSF
34210 as part of the @code{texinfo} package.@refill
34212 To print the Calc manual in one huge 470 page tome, you will need the
34213 source code to this manual, @file{calc.texi}, available as part of the
34214 Emacs source.  Once you have this file, type @kbd{texi2dvi calc.texi}.
34215 Alternatively, change to the @file{man} subdirectory of the Emacs
34216 source distribution, and type @kbd{make calc.dvi}. (Don't worry if you
34217 get some ``overfull box'' warnings while @TeX{} runs.)
34219 The result will be a device-independent output file called
34220 @file{calc.dvi}, which you must print in whatever way is right
34221 for your system.  On many systems, the command is
34223 @example
34224 lpr -d calc.dvi
34225 @end example
34227 @noindent
34230 @example
34231 dvips calc.dvi
34232 @end example
34234 @c the bumpoddpages macro was deleted
34235 @ignore
34236 @cindex Marginal notes, adjusting
34237 Marginal notes for each function and key sequence normally alternate
34238 between the left and right sides of the page, which is correct if the
34239 manual is going to be bound as double-sided pages.  Near the top of
34240 the file @file{calc.texi} you will find alternate definitions of
34241 the @code{\bumpoddpages} macro that put the marginal notes always on
34242 the same side, best if you plan to be binding single-sided pages.
34243 @end ignore
34245 @appendixsec Settings File
34247 @noindent
34248 @vindex calc-settings-file
34249 Another variable you might want to set is @code{calc-settings-file},
34250 which holds the file name in which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P}
34251 store ``permanent'' definitions.  The default value for this variable
34252 is @code{"~/.emacs"}.  If @code{calc-settings-file} does not contain
34253 @code{".emacs"} as a substring, and if the variable
34254 @code{calc-loaded-settings-file} is @code{nil}, then Calc will
34255 automatically load your settings file (if it exists) the first time
34256 Calc is invoked.@refill
34258 @ifinfo
34259 @example
34261 @end example
34262 @end ifinfo
34263 @appendixsec Testing the Installation
34265 @noindent
34266 To test your installation of Calc, start a new Emacs and type @kbd{M-# c}
34267 to make sure the autoloads and key bindings work.  Type @kbd{M-# i}
34268 to make sure Calc can find its Info documentation.  Press @kbd{q} to
34269 exit the Info system and @kbd{M-# c} to re-enter the Calculator.
34270 Type @kbd{20 S} to compute the sine of 20 degrees; this will test the
34271 autoloading of the extensions modules.  The result should be
34272 0.342020143326.  Finally, press @kbd{M-# c} again to make sure the
34273 Calculator can exit.
34275 You may also wish to test the GNUPLOT interface; to plot a sine wave,
34276 type @kbd{' [0 ..@: 360], sin(x) @key{RET} g f}.  Type @kbd{g q} when you
34277 are done viewing the plot.
34279 Calc is now ready to use.  If you wish to go through the Calc Tutorial,
34280 press @kbd{M-# t} to begin.
34281 @example
34283 @end example
34284 @node Reporting Bugs, Summary, Installation, Top
34285 @appendix Reporting Bugs
34287 @noindent
34288 If you find a bug in Calc, send e-mail to Jay Belanger,
34290 @example
34291 belanger@@truman.edu
34292 @end example
34294 @noindent
34295 (In the following text, ``I'' refers to the original Calc author, Dave
34296 Gillespie).
34298 While I cannot guarantee that I will have time to work on your bug,
34299 I do try to fix bugs quickly whenever I can.
34301 The latest version of Calc is available from Savannah, in the Emacs
34302 CVS tree.  See @uref{http://savannah.gnu.org/projects/emacs}.
34304 There is an automatic command @kbd{M-x report-calc-bug} which helps
34305 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
34306 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
34307 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
34308 reporting a Calc bug; this command sends mail to the maintainer's
34309 regular mailbox.
34311 If you have suggestions for additional features for Calc, I would
34312 love to hear them.  Some have dared to suggest that Calc is already
34313 top-heavy with features; I really don't see what they're talking
34314 about, so, if you have ideas, send them right in.  (I may even have
34315 time to implement them!)
34317 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
34318 future work which I have not had time to do.  If any enthusiastic souls
34319 wish to take it upon themselves to work on these, I would be delighted.
34320 Please let me know if you plan to contribute to Calc so I can coordinate
34321 your efforts with mine and those of others.  I will do my best to help
34322 you in whatever way I can.
34324 @c [summary]
34325 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
34326 @appendix Calc Summary
34328 @noindent
34329 This section includes a complete list of Calc 2.02 keystroke commands.
34330 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
34331 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
34332 and the result of the command (also with top-of-stack last).
34333 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
34334 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
34335 command name in that position.  Numbers preceding the result or
34336 command name refer to notes at the end.
34338 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
34339 keystrokes are not listed in this summary.
34340 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
34342 @iftex
34343 @begingroup
34344 @tex
34345 \vskip-2\baselineskip \null
34346 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
34347 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
34348 \leavevmode%
34349 {\smallfonts
34350 \hbox to5em{\sl\hss#1}%
34351 \hbox to5em{\tt#2\hss}%
34352 \hbox to4em{\sl#3\hss}%
34353 \hbox to5em{\rm\hss#4}%
34354 \thinspace%
34355 {\tt#5}%
34356 {\sl#6}%
34358 \gdef\sumlpar{{\rm(}}%
34359 \gdef\sumrpar{{\rm)}}%
34360 \gdef\sumcomma{{\rm,\thinspace}}%
34361 \gdef\sumexcl{{\rm!}}%
34362 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
34363 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
34364 @end tex
34365 @let@:=@sumsep
34366 @let@r=@sumrow
34367 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
34368 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
34369 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
34370 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
34371 @end iftex
34372 @format
34373 @iftex
34374 @advance@baselineskip-2.5pt
34375 @let@c@sumbreak
34376 @end iftex
34377 @r{       @:     M-# a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
34378 @r{       @:     M-# b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
34379 @r{       @:     M-# c  @:             @:        @:calc@:}
34380 @r{       @:     M-# d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
34381 @r{       @:     M-# e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
34382 @r{       @:     M-# f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
34383 @r{       @:     M-# g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
34384 @r{       @:     M-# i  @:             @:        @:calc-info@:}
34385 @r{       @:     M-# j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
34386 @r{       @:     M-# k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
34387 @r{       @:     M-# l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
34388 @r{       @:     M-# m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
34389 @r{       @:     M-# n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
34390 @r{       @:     M-# o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
34391 @r{       @:     M-# p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
34392 @r{       @:     M-# q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
34393 @r{       @:     M-# r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
34394 @r{       @:     M-# s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
34395 @r{       @:     M-# t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
34396 @r{       @:     M-# u  @:             @:        @:calc-embedded-update@:}
34397 @r{       @:     M-# w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
34398 @r{       @:     M-# x  @:             @:        @:calc-quit@:}
34399 @r{       @:     M-# y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
34400 @r{       @:     M-# z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
34401 @r{       @:     M-# :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
34402 @r{       @:     M-# _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
34403 @r{       @:     M-# `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
34404 @r{       @:     M-# 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
34407 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
34408 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
34409 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
34410 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
34411 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@t{#}number}
34412 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
34413 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
34414 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
34415 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
34418 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
34419 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
34420 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
34423 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
34424 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
34425 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
34426 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
34427 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
34428 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
34429 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
34430 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
34431 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
34432 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
34433 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
34434 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
34435 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
34436 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
34437 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
34438 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
34439 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
34442 @r{  ... a@:      @key{RET}   @:             @:     1  @:@:... a a}
34443 @r{  ... a@:      @key{SPC}   @:             @:     1  @:@:... a a}
34444 @r{... a b@:      @key{TAB}   @:             @:     3  @:@:... b a}
34445 @r{. a b c@:      M-@key{TAB} @:             @:     3  @:@:... b c a}
34446 @r{... a b@:      @key{LFD}   @:             @:     1  @:@:... a b a}
34447 @r{  ... a@:      @key{DEL}   @:             @:     1  @:@:...}
34448 @r{... a b@:      M-@key{DEL} @:             @:     1  @:@:... b}
34449 @r{       @:      M-@key{RET} @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
34450 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
34453 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
34454 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
34455 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
34456 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
34457 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
34458 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
34459 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
34462 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
34463 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
34464 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
34465 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
34466 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
34467 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
34468 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
34471 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
34472 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
34473 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
34474 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
34475 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
34476 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
34479 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
34480 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
34481 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
34482 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
34483 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
34484 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
34485 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
34488 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
34489 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
34490 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
34491 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
34492 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
34493 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
34494 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
34495 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
34496 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
34497 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
34498 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
34499 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
34500 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
34501 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
34502 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
34503 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
34504 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
34505 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
34506 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
34507 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
34508 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
34509 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
34510 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
34511 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
34512 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
34513 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
34514 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
34515 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
34516 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
34517 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
34518 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
34519 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
34520 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
34521 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
34522 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
34523 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
34524 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
34525 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
34526 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
34527 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
34528 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
34529 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
34530 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
34531 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
34534 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
34535 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
34536 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
34537 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
34538 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
34539 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
34540 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
34541 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
34542 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
34543 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
34544 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
34545 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
34546 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
34549 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
34550 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
34551 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
34552 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
34555 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
34556 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
34557 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
34558 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
34561 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
34562 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
34563 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
34564 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
34565 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
34566 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
34567 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
34568 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
34569 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
34570 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
34571 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
34572 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
34573 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
34574 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
34575 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
34576 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
34577 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
34578 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
34579 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
34580 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
34583 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
34584 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
34585 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
34586 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
34587 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
34588 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
34589 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
34590 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
34591 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
34592 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
34593 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
34594 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
34595 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
34596 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
34597 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
34598 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
34599 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
34600 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
34601 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
34604 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
34605 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
34606 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
34607 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
34608 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
34609 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
34610 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
34611 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
34612 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
34613 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
34614 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
34615 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
34616 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
34617 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
34618 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
34621 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
34622 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
34623 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
34624 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
34625 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
34626 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
34627 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
34628 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
34629 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
34630 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
34631 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
34632 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
34633 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
34634 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
34635 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
34636 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
34637 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
34638 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
34639 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
34640 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
34641 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
34642 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
34643 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
34645 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
34646 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
34647 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
34648 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
34651 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
34652 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
34653 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
34654 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
34655 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
34656 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
34657 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
34658 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
34659 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
34660 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
34661 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
34664 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
34665 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
34668 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
34671 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
34672 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
34673 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
34674 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
34675 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
34676 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
34677 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
34678 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
34679 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
34680 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
34681 @r{       @:      d @key{SPC} @:             @:        @:calc-refresh@:}
34682 @r{       @:      d @key{RET} @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
34685 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
34686 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
34687 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
34688 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
34691 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
34692 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
34693 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
34694 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
34695 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
34696 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
34697 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
34698 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
34699 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
34700 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
34701 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
34702 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
34703 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
34704 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
34705 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
34706 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
34707 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
34708 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
34711 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
34712 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
34713 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
34714 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
34715 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
34716 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
34717 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
34718 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
34719 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
34720 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
34721 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
34724 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
34725 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
34728 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
34729 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
34730 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
34731 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
34732 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
34733 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
34734 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
34735 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
34736 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
34737 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
34738 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
34739 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
34742 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
34743 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
34744 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
34745 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
34746 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
34747 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
34748 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
34749 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
34750 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
34751 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
34752 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
34753 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
34754 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
34755 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
34756 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
34757 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
34758 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
34761 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
34762 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
34763 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
34764 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
34765 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
34766 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
34767 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
34768 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
34769 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
34770 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
34771 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
34772 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
34773 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
34774 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
34775 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
34776 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
34777 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
34778 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
34779 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
34782 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
34783 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
34784 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
34785 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
34786 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
34787 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
34788 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
34789 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
34790 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
34791 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
34792 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
34793 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
34794 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
34795 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
34796 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
34797 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
34800 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
34801 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
34802 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
34805 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
34806 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
34807 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
34808 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
34809 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
34810 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
34811 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
34812 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
34813 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
34814 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
34817 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
34818 @r{       @:      j @key{RET} @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
34819 @r{       @:      j @key{DEL} @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
34820 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
34821 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
34822 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
34825 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
34826 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
34827 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
34828 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
34829 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
34832 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
34833 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
34834 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
34835 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
34836 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
34837 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
34838 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
34839 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
34840 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
34841 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
34842 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
34843 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
34844 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
34845 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
34848 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
34849 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
34850 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
34851 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
34852 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
34853 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
34854 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
34855 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
34856 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
34857 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
34858 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
34859 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
34862 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
34863 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
34864 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
34865 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
34866 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
34867 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
34868 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
34869 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
34870 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
34871 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
34872 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
34873 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
34874 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
34875 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
34876 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
34877 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
34878 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
34879 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
34880 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
34881 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
34884 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
34885 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
34886 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
34887 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
34888 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
34889 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
34890 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
34891 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
34892 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
34893 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
34894 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
34895 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
34896 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
34899 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
34900 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
34901 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
34902 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
34903 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
34904 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
34905 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
34906 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
34907 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
34908 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
34909 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
34910 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
34911 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
34912 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
34915 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
34916 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
34917 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
34918 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
34919 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
34920 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
34921 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
34922 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
34923 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
34924 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
34925 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
34928 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
34929 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
34930 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
34931 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
34932 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
34933 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
34934 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
34935 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
34936 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
34937 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
34938 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
34939 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
34940 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
34941 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
34942 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
34943 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
34946 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
34947 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
34948 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
34949 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
34950 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
34951 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
34952 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
34953 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
34954 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
34955 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
34956 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
34957 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
34958 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
34961 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
34962 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
34963 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
34964 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
34965 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
34966 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
34967 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
34968 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
34969 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
34970 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @t{:=} b}
34971 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @t{=>}}
34974 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
34975 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
34976 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
34977 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
34978 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
34981 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
34982 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
34983 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
34984 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
34985 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
34986 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
34987 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
34988 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
34989 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
34990 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
34991 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
34992 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
34993 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
34996 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
34997 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
34998 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
34999 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
35000 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
35001 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
35002 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
35003 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
35004 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
35005 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
35006 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
35007 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
35008 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
35009 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
35010 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
35011 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
35012 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
35013 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
35014 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
35017 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
35018 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
35021 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
35022 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
35023 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
35024 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
35025 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
35026 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
35027 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
35028 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
35029 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
35030 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
35031 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
35032 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
35033 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
35034 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
35037 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
35038 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
35039 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
35040 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
35041 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
35042 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
35043 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
35044 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
35045 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
35046 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
35047 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
35048 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
35049 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
35050 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
35051 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
35052 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
35055 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
35056 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
35057 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
35060 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
35061 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
35062 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
35063 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
35064 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
35065 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
35066 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
35067 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
35068 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
35069 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
35072 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
35073 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
35074 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
35075 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
35076 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
35077 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
35080 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
35083 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
35084 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
35085 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
35086 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
35087 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35088 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
35089 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
35090 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
35091 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
35092 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
35093 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
35094 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
35095 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
35096 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
35097 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
35098 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
35099 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
35100 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
35101 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
35102 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
35103 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
35104 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
35105 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
35106 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
35107 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35108 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
35109 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
35110 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
35111 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
35112 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
35113 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
35114 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
35117 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
35118 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
35119 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
35120 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
35121 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
35122 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
35123 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
35124 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
35125 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
35126 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
35127 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
35128 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
35129 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
35130 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
35131 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
35132 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
35133 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
35134 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
35135 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
35136 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
35137 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
35138 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
35139 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
35140 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
35141 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
35142 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
35143 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
35144 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
35147 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
35150 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
35153 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
35154 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
35155 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
35156 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
35159 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
35160 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
35161 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
35162 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
35163 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
35164 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
35165 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
35168 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
35171 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
35172 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
35173 @r{      a@:      Z =   @:message      @:    28  @:calc-kbd-report@:}
35174 @r{       @:      Z #   @:prompt       @:        @:calc-kbd-query@:}
35177 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
35178 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
35179 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
35180 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
35181 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
35182 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
35183 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
35184 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
35185 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
35186 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
35187 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
35189 @end format
35191 @noindent
35192 NOTES
35194 @enumerate
35195 @c 1
35196 @item
35197 Positive prefix arguments apply to @cite{n} stack entries.
35198 Negative prefix arguments apply to the @cite{-n}th stack entry.
35199 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
35200 @kbd{M-@key{DEL}}, the meaning of the sign is reversed.)
35202 @c 2
35203 @item
35204 Positive prefix arguments apply to @cite{n} stack entries.
35205 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
35206 and the next @cite{-n} stack entries.
35208 @c 3
35209 @item
35210 Positive prefix arguments rotate top @cite{n} stack entries by one.
35211 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @cite{-n}.
35212 A prefix of zero reverses the entire stack.
35214 @c 4
35215 @item
35216 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
35218 @c 5
35219 @item
35220 Positive prefix arguments specify a precision @cite{p}.
35221 Negative prefix arguments reduce the current precision by @cite{-p}.
35223 @c 6
35224 @item
35225 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
35226 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
35228 @c 7
35229 @item
35230 A prefix argument specifies simplification level and depth.
35231 1=Default, 2=like @kbd{a s}, 3=like @kbd{a e}.
35233 @c 8
35234 @item
35235 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
35237 @c 9
35238 @item
35239 Positive prefix arguments specify a word size of @cite{w} bits, unsigned.
35240 Negative prefix arguments specify a word size of @cite{w} bits, signed.
35242 @c 10
35243 @item
35244 Prefix arguments specify the shift amount @cite{n}.  The @cite{w} argument
35245 cannot be specified in the keyboard version of this command.
35247 @c 11
35248 @item
35249 From the keyboard, @cite{d} is omitted and defaults to zero.
35251 @c 12
35252 @item
35253 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
35254 prefix always clears the mode.
35256 @c 13
35257 @item
35258 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
35260 @c 14
35261 @item
35262 A prefix argument, if any, is used for @cite{m} instead of taking
35263 @cite{m} from the stack.  @cite{M} may take any of these values:
35264 @iftex
35265 {@advance@tableindent10pt
35266 @end iftex
35267 @table @asis
35268 @item Integer
35269 Random integer in the interval @cite{[0 .. m)}.
35270 @item Float
35271 Random floating-point number in the interval @cite{[0 .. m)}.
35272 @item 0.0
35273 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
35274 @item Error form
35275 Gaussian with specified mean and standard deviation.
35276 @item Interval
35277 Random integer or floating-point number in that interval.
35278 @item Vector
35279 Random element from the vector.
35280 @end table
35281 @iftex
35283 @end iftex
35285 @c 15
35286 @item
35287 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
35288 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
35290 @c 16
35291 @item
35292 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
35293 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
35295 @c 17
35296 @item
35297 A prefix argument specifies a day number (0-6, 0-31, or 0-366).
35299 @c 18
35300 @item
35301 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
35302 the new units.
35304 @c 19
35305 @item
35306 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
35307 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
35309 @c 20
35310 @item
35311 With a prefix argument of 1, take a single @c{$@var{n}\times2$}
35312 @i{@var{N}x2} matrix from the
35313 stack instead of two separate data vectors.
35315 @c 21
35316 @item
35317 The row or column number @cite{n} may be given as a numeric prefix
35318 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @cite{n}
35319 from the top of the stack.  If @cite{n} is a vector or interval,
35320 a subvector/submatrix of the input is created.
35322 @c 22
35323 @item
35324 The @cite{op} prompt can be answered with the key sequence for the
35325 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
35326 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
35327 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
35328 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
35329 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
35330 last argument of the created function), or otherwise you will be
35331 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
35332 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
35334 @c 23
35335 @item
35336 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
35337 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
35338 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
35339 entering @cite{op}; these modify the function name by adding the letter
35340 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
35341 or @code{d} for ``down.''
35343 @c 24
35344 @item
35345 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
35346 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
35347 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
35348 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
35349 may be an integer or a vector of integers.
35350 @iftex
35351 {@advance@tableindent-20pt
35352 @end iftex
35353 @table @cite
35354 @item -1
35355 (@var{2})  Rectangular complex number.
35356 @item -2
35357 (@var{2})  Polar complex number.
35358 @item -3
35359 (@var{3})  HMS form.
35360 @item -4
35361 (@var{2})  Error form.
35362 @item -5
35363 (@var{2})  Modulo form.
35364 @item -6
35365 (@var{2})  Closed interval.
35366 @item -7
35367 (@var{2})  Closed .. open interval.
35368 @item -8
35369 (@var{2})  Open .. closed interval.
35370 @item -9
35371 (@var{2})  Open interval.
35372 @item -10
35373 (@var{2})  Fraction.
35374 @item -11
35375 (@var{2})  Float with integer mantissa.
35376 @item -12
35377 (@var{2})  Float with mantissa in @cite{[1 .. 10)}.
35378 @item -13
35379 (@var{1})  Date form (using date numbers).
35380 @item -14
35381 (@var{3})  Date form (using year, month, day).
35382 @item -15
35383 (@var{6})  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
35384 @end table
35385 @iftex
35387 @end iftex
35389 @c 25
35390 @item
35391 A prefix argument specifies the size @cite{n} of the matrix.  With no
35392 prefix argument, @cite{n} is omitted and the size is inferred from
35393 the input vector.
35395 @c 26
35396 @item
35397 The prefix argument specifies the starting position @cite{n} (default 1).
35399 @c 27
35400 @item
35401 Cursor position within stack buffer affects this command.
35403 @c 28
35404 @item
35405 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
35407 @c 29
35408 @item
35409 Variable name may be a single digit or a full name.
35411 @c 30
35412 @item
35413 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{M-# M-#} (or @kbd{C-c C-c},
35414 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or press
35415 @kbd{M-# x} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
35416 of the result of the edit.
35418 @c 31
35419 @item
35420 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
35422 @c 32
35423 @item
35424 Press this key a second time to cancel the prefix.
35426 @c 33
35427 @item
35428 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
35429 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
35431 @c 34
35432 @item
35433 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
35434 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
35435 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
35436 backward by that many lines.
35438 @c 35
35439 @item
35440 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
35441 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
35442 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
35443 region between point and mark as a single formula.
35445 @c 36
35446 @item
35447 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
35448 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
35449 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
35450 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
35452 @c 37
35453 @item
35454 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
35456 @c 38
35457 @item
35458 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
35459 later prompts by popping additional stack entries.
35461 @c 39
35462 @item
35463 Answer for @cite{v} may also be of the form @cite{v = v_0} or
35464 @cite{v - v_0}.
35466 @c 40
35467 @item
35468 With a positive prefix argument, stack contains many @cite{y}'s and one
35469 common @cite{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
35470 @cite{y}s and a common @cite{x}.  With a negative prefix, stack
35471 contains many @cite{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
35472 @cite{z} for @cite{y} and @cite{x,y} for @cite{x}.)
35474 @c 41
35475 @item
35476 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
35478 @c 42
35479 @item
35480 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
35481 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
35483 @c 43
35484 @item
35485 With any prefix argument, set the default value instead of the
35486 value for this graph.
35488 @c 44
35489 @item
35490 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
35492 @c 45
35493 @item
35494 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
35495 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
35496 otherwise.
35498 @c 46
35499 @item
35500 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
35501 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
35502 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
35503 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
35504 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
35505 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
35506 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
35507 to evaluate variables.@refill
35509 @c 47
35510 @item
35511 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
35512 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
35513 assigns @c{$x \coloneq a-x$}
35514 @cite{x := a-x}.
35516 @c 48
35517 @item
35518 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
35519 variables prompt with @cite{iv} or @cite{iv;pv} to specify
35520 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
35521 takes @i{@var{n}+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
35522 and a vector from the stack.
35524 @c 49
35525 @item
35526 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
35527 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
35529 @c 50
35530 @item
35531 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
35532 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
35533 entry, then restores the original setting of the mode.
35535 @c 51
35536 @item
35537 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
35538 default 2D resolution.
35540 @c 52
35541 @item
35542 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
35543 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
35544 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
35545 grabs the @var{n}th mode value only.
35546 @end enumerate
35548 @iftex
35549 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
35550 @page
35551 @endgroup
35552 @end iftex
35555 @c [end-summary]
35557 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
35558 @unnumbered Index of Key Sequences
35560 @printindex ky
35562 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
35563 @unnumbered Index of Calculator Commands
35565 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
35566 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
35567 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
35568 @kbd{M-x calc-last-args}.
35570 @printindex pg
35572 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
35573 @unnumbered Index of Algebraic Functions
35575 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
35576 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
35577 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
35578 @iftex
35579 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
35580 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
35581 @end iftex
35583 @printindex tp
35585 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
35586 @unnumbered Concept Index
35588 @printindex cp
35590 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
35591 @unnumbered Index of Variables
35593 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
35594 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
35595 corresponding Lisp variable.
35597 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
35598 in your @file{.emacs} file.
35600 @printindex vr
35602 @node Lisp Function Index, , Variable Index, Top
35603 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
35605 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
35606 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
35607 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
35608 @samp{math-}.
35610 @printindex fn
35612 @summarycontents
35614 @c [end]
35616 @contents
35617 @bye
35620 @ignore
35621    arch-tag: 77a71809-fa4d-40be-b2cc-da3e8fb137c0
35622 @end ignore