(narrow-map): Bind `org-narrow-to-subtree' to "s" on the
[emacs.git] / doc / misc / calc.texi
blob211959fa7fb70cf3a32dc523f4459f982b780a20
1 \input texinfo                  @c -*-texinfo-*-
2 @comment %**start of header (This is for running Texinfo on a region.)
3 @c smallbook
4 @setfilename ../../info/calc
5 @c [title]
6 @settitle GNU Emacs Calc 2.1 Manual
7 @setchapternewpage odd
8 @comment %**end of header (This is for running Texinfo on a region.)
10 @c The following macros are used for conditional output for single lines.
11 @c @texline foo
12 @c    `foo' will appear only in TeX output
13 @c @infoline foo
14 @c    `foo' will appear only in non-TeX output
16 @c @expr{expr} will typeset an expression;
17 @c $x$ in TeX, @samp{x} otherwise.
19 @iftex
20 @macro texline
21 @end macro
22 @alias infoline=comment
23 @alias expr=math
24 @alias tfn=code
25 @alias mathit=expr
26 @macro cpi{}
27 @math{@pi{}}
28 @end macro
29 @macro cpiover{den}
30 @math{@pi/\den\}
31 @end macro
32 @end iftex
34 @ifnottex
35 @alias texline=comment
36 @macro infoline{stuff}
37 \stuff\
38 @end macro
39 @alias expr=samp
40 @alias tfn=t
41 @alias mathit=i
42 @macro cpi{}
43 @expr{pi}
44 @end macro
45 @macro cpiover{den}
46 @expr{pi/\den\}
47 @end macro
48 @end ifnottex
51 @tex
52 % Suggested by Karl Berry <karl@@freefriends.org>
53 \gdef\!{\mskip-\thinmuskip}
54 @end tex
56 @c Fix some other things specifically for this manual.
57 @iftex
58 @finalout
59 @mathcode`@:=`@:  @c Make Calc fractions come out right in math mode
60 @tex
61 \gdef\coloneq{\mathrel{\mathord:\mathord=}}
63 \gdef\beforedisplay{\vskip-10pt}
64 \gdef\afterdisplay{\vskip-5pt}
65 \gdef\beforedisplayh{\vskip-25pt}
66 \gdef\afterdisplayh{\vskip-10pt}
67 @end tex
68 @newdimen@kyvpos @kyvpos=0pt
69 @newdimen@kyhpos @kyhpos=0pt
70 @newcount@calcclubpenalty @calcclubpenalty=1000
71 @ignore
72 @newcount@calcpageno
73 @newtoks@calcoldeverypar @calcoldeverypar=@everypar
74 @everypar={@calceverypar@the@calcoldeverypar}
75 @ifx@turnoffactive@undefinedzzz@def@turnoffactive{}@fi
76 @ifx@ninett@undefinedzzz@font@ninett=cmtt9@fi
77 @catcode`@\=0 \catcode`\@=11
78 \r@ggedbottomtrue
79 \catcode`\@=0 @catcode`@\=@active
80 @end ignore
81 @end iftex
83 @copying
84 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator.
86 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002, 2003, 2004,
87 2005, 2006, 2007, 2008 Free Software Foundation, Inc.
89 @quotation
90 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
91 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or
92 any later version published by the Free Software Foundation; with the
93 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
94 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
95 Texts as in (a) below.  A copy of the license is included in the section
96 entitled ``GNU Free Documentation License.''
98 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have the freedom to copy and
99 modify this GNU manual.  Buying copies from the FSF supports it in
100 developing GNU and promoting software freedom.''
101 @end quotation
102 @end copying
104 @dircategory Emacs
105 @direntry
106 * Calc: (calc).         Advanced desk calculator and mathematical tool.
107 @end direntry
109 @titlepage
110 @sp 6
111 @center @titlefont{Calc Manual}
112 @sp 4
113 @center GNU Emacs Calc Version 2.1
114 @c [volume]
115 @sp 5
116 @center Dave Gillespie
117 @center daveg@@synaptics.com
118 @page
120 @vskip 0pt plus 1filll
121 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002, 2003, 2004,
122    2005, 2006, 2007, 2008 Free Software Foundation, Inc.
123 @insertcopying
124 @end titlepage
127 @summarycontents
129 @c [end]
131 @contents
133 @c [begin]
134 @ifnottex
135 @node Top, Getting Started, (dir), (dir)
136 @chapter The GNU Emacs Calculator
138 @noindent
139 @dfn{Calc} is an advanced desk calculator and mathematical tool
140 written by Dave Gillespie that runs as part of the GNU Emacs environment.
142 This manual, also written (mostly) by Dave Gillespie, is divided into
143 three major parts: ``Getting Started,'' the ``Calc Tutorial,'' and the
144 ``Calc Reference.''  The Tutorial introduces all the major aspects of
145 Calculator use in an easy, hands-on way.  The remainder of the manual is
146 a complete reference to the features of the Calculator.
147 @end ifnottex
149 @ifinfo
150 For help in the Emacs Info system (which you are using to read this
151 file), type @kbd{?}.  (You can also type @kbd{h} to run through a
152 longer Info tutorial.)
153 @end ifinfo
155 @menu
156 * Getting Started::       General description and overview.
157 @ifinfo
158 * Interactive Tutorial::
159 @end ifinfo
160 * Tutorial::              A step-by-step introduction for beginners.
162 * Introduction::          Introduction to the Calc reference manual.
163 * Data Types::            Types of objects manipulated by Calc.
164 * Stack and Trail::       Manipulating the stack and trail buffers.
165 * Mode Settings::         Adjusting display format and other modes.
166 * Arithmetic::            Basic arithmetic functions.
167 * Scientific Functions::  Transcendentals and other scientific functions.
168 * Matrix Functions::      Operations on vectors and matrices.
169 * Algebra::               Manipulating expressions algebraically.
170 * Units::                 Operations on numbers with units.
171 * Store and Recall::      Storing and recalling variables.
172 * Graphics::              Commands for making graphs of data.
173 * Kill and Yank::         Moving data into and out of Calc.
174 * Keypad Mode::           Operating Calc from a keypad.
175 * Embedded Mode::         Working with formulas embedded in a file.
176 * Programming::           Calc as a programmable calculator.
178 * Copying::               How you can copy and share Calc.
179 * GNU Free Documentation License:: The license for this documentation.
180 * Customizing Calc::      Customizing Calc.
181 * Reporting Bugs::        How to report bugs and make suggestions.
183 * Summary::               Summary of Calc commands and functions.
185 * Key Index::             The standard Calc key sequences.
186 * Command Index::         The interactive Calc commands.
187 * Function Index::        Functions (in algebraic formulas).
188 * Concept Index::         General concepts.
189 * Variable Index::        Variables used by Calc (both user and internal).
190 * Lisp Function Index::   Internal Lisp math functions.
191 @end menu
193 @ifinfo
194 @node Getting Started, Interactive Tutorial, Top, Top
195 @end ifinfo
196 @ifnotinfo
197 @node Getting Started, Tutorial, Top, Top
198 @end ifnotinfo
199 @chapter Getting Started
200 @noindent
201 This chapter provides a general overview of Calc, the GNU Emacs
202 Calculator:  What it is, how to start it and how to exit from it,
203 and what are the various ways that it can be used.
205 @menu
206 * What is Calc::
207 * About This Manual::
208 * Notations Used in This Manual::
209 * Demonstration of Calc::
210 * Using Calc::
211 * History and Acknowledgements::
212 @end menu
214 @node What is Calc, About This Manual, Getting Started, Getting Started
215 @section What is Calc?
217 @noindent
218 @dfn{Calc} is an advanced calculator and mathematical tool that runs as
219 part of the GNU Emacs environment.  Very roughly based on the HP-28/48
220 series of calculators, its many features include:
222 @itemize @bullet
223 @item
224 Choice of algebraic or RPN (stack-based) entry of calculations.
226 @item
227 Arbitrary precision integers and floating-point numbers.
229 @item
230 Arithmetic on rational numbers, complex numbers (rectangular and polar),
231 error forms with standard deviations, open and closed intervals, vectors
232 and matrices, dates and times, infinities, sets, quantities with units,
233 and algebraic formulas.
235 @item
236 Mathematical operations such as logarithms and trigonometric functions.
238 @item
239 Programmer's features (bitwise operations, non-decimal numbers).
241 @item
242 Financial functions such as future value and internal rate of return.
244 @item
245 Number theoretical features such as prime factorization and arithmetic
246 modulo @var{m} for any @var{m}.
248 @item
249 Algebraic manipulation features, including symbolic calculus.
251 @item
252 Moving data to and from regular editing buffers.
254 @item
255 Embedded mode for manipulating Calc formulas and data directly
256 inside any editing buffer.
258 @item
259 Graphics using GNUPLOT, a versatile (and free) plotting program.
261 @item
262 Easy programming using keyboard macros, algebraic formulas,
263 algebraic rewrite rules, or extended Emacs Lisp.
264 @end itemize
266 Calc tries to include a little something for everyone; as a result it is
267 large and might be intimidating to the first-time user.  If you plan to
268 use Calc only as a traditional desk calculator, all you really need to
269 read is the ``Getting Started'' chapter of this manual and possibly the
270 first few sections of the tutorial.  As you become more comfortable with
271 the program you can learn its additional features.  Calc does not
272 have the scope and depth of a fully-functional symbolic math package,
273 but Calc has the advantages of convenience, portability, and freedom.
275 @node About This Manual, Notations Used in This Manual, What is Calc, Getting Started
276 @section About This Manual
278 @noindent
279 This document serves as a complete description of the GNU Emacs
280 Calculator.  It works both as an introduction for novices, and as
281 a reference for experienced users.  While it helps to have some
282 experience with GNU Emacs in order to get the most out of Calc,
283 this manual ought to be readable even if you don't know or use Emacs
284 regularly.
286 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
287 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
288 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
289 @c [when-split]
290 @c This manual has been printed in two volumes, the @dfn{Tutorial} and the
291 @c @dfn{Reference}.  Both volumes include a copy of the ``Getting Started''
292 @c chapter.
294 If you are in a hurry to use Calc, there is a brief ``demonstration''
295 below which illustrates the major features of Calc in just a couple of
296 pages.  If you don't have time to go through the full tutorial, this
297 will show you everything you need to know to begin.
298 @xref{Demonstration of Calc}.
300 The tutorial chapter walks you through the various parts of Calc
301 with lots of hands-on examples and explanations.  If you are new
302 to Calc and you have some time, try going through at least the
303 beginning of the tutorial.  The tutorial includes about 70 exercises
304 with answers.  These exercises give you some guided practice with
305 Calc, as well as pointing out some interesting and unusual ways
306 to use its features.
308 The reference section discusses Calc in complete depth.  You can read
309 the reference from start to finish if you want to learn every aspect
310 of Calc.  Or, you can look in the table of contents or the Concept
311 Index to find the parts of the manual that discuss the things you
312 need to know.
314 @cindex Marginal notes
315 Every Calc keyboard command is listed in the Calc Summary, and also
316 in the Key Index.  Algebraic functions, @kbd{M-x} commands, and
317 variables also have their own indices.  
318 @texline Each
319 @infoline In the printed manual, each
320 paragraph that is referenced in the Key or Function Index is marked
321 in the margin with its index entry.
323 @c [fix-ref Help Commands]
324 You can access this manual on-line at any time within Calc by
325 pressing the @kbd{h i} key sequence.  Outside of the Calc window,
326 you can press @kbd{C-x * i} to read the manual on-line.  Also, you
327 can jump directly to the Tutorial by pressing @kbd{h t} or @kbd{C-x * t},
328 or to the Summary by pressing @kbd{h s} or @kbd{C-x * s}.  Within Calc,
329 you can also go to the part of the manual describing any Calc key,
330 function, or variable using @w{@kbd{h k}}, @kbd{h f}, or @kbd{h v},
331 respectively.  @xref{Help Commands}.
333 @ifnottex
334 The Calc manual can be printed, but because the manual is so large, you
335 should only make a printed copy if you really need it.  To print the
336 manual, you will need the @TeX{} typesetting program (this is a free
337 program by Donald Knuth at Stanford University) as well as the
338 @file{texindex} program and @file{texinfo.tex} file, both of which can
339 be obtained from the FSF as part of the @code{texinfo} package.
340 To print the Calc manual in one huge tome, you will need the
341 source code to this manual, @file{calc.texi}, available as part of the
342 Emacs source.  Once you have this file, type @kbd{texi2dvi calc.texi}.
343 Alternatively, change to the @file{man} subdirectory of the Emacs
344 source distribution, and type @kbd{make calc.dvi}. (Don't worry if you
345 get some ``overfull box'' warnings while @TeX{} runs.)
346 The result will be a device-independent output file called
347 @file{calc.dvi}, which you must print in whatever way is right
348 for your system.  On many systems, the command is
350 @example
351 lpr -d calc.dvi
352 @end example
354 @noindent
357 @example
358 dvips calc.dvi
359 @end example
360 @end ifnottex
361 @c Printed copies of this manual are also available from the Free Software
362 @c Foundation.
364 @node Notations Used in This Manual, Demonstration of Calc, About This Manual, Getting Started
365 @section Notations Used in This Manual
367 @noindent
368 This section describes the various notations that are used
369 throughout the Calc manual.
371 In keystroke sequences, uppercase letters mean you must hold down
372 the shift key while typing the letter.  Keys pressed with Control
373 held down are shown as @kbd{C-x}.  Keys pressed with Meta held down
374 are shown as @kbd{M-x}.  Other notations are @key{RET} for the
375 Return key, @key{SPC} for the space bar, @key{TAB} for the Tab key,
376 @key{DEL} for the Delete key, and @key{LFD} for the Line-Feed key.
377 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards, it is
378 whatever key you would use to correct a simple typing error when
379 regularly using Emacs.
381 (If you don't have the @key{LFD} or @key{TAB} keys on your keyboard,
382 the @kbd{C-j} and @kbd{C-i} keys are equivalent to them, respectively.
383 If you don't have a Meta key, look for Alt or Extend Char.  You can
384 also press @key{ESC} or @kbd{C-[} first to get the same effect, so
385 that @kbd{M-x}, @kbd{@key{ESC} x}, and @kbd{C-[ x} are all equivalent.)
387 Sometimes the @key{RET} key is not shown when it is ``obvious''
388 that you must press @key{RET} to proceed.  For example, the @key{RET}
389 is usually omitted in key sequences like @kbd{M-x calc-keypad @key{RET}}.
391 Commands are generally shown like this:  @kbd{p} (@code{calc-precision})
392 or @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}).  This means that the command is
393 normally used by pressing the @kbd{p} key or @kbd{C-x * k} key sequence,
394 but it also has the full-name equivalent shown, e.g., @kbd{M-x calc-precision}.
396 Commands that correspond to functions in algebraic notation
397 are written:  @kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}].  This means
398 the @kbd{C} key is equivalent to @kbd{M-x calc-cos}, and that
399 the corresponding function in an algebraic-style formula would
400 be @samp{cos(@var{x})}.
402 A few commands don't have key equivalents:  @code{calc-sincos}
403 [@code{sincos}].
405 @node Demonstration of Calc, Using Calc, Notations Used in This Manual, Getting Started
406 @section A Demonstration of Calc
408 @noindent
409 @cindex Demonstration of Calc
410 This section will show some typical small problems being solved with
411 Calc.  The focus is more on demonstration than explanation, but
412 everything you see here will be covered more thoroughly in the
413 Tutorial.
415 To begin, start Emacs if necessary (usually the command @code{emacs}
416 does this), and type @kbd{C-x * c} to start the
417 Calculator.  (You can also use @kbd{M-x calc} if this doesn't work.
418 @xref{Starting Calc}, for various ways of starting the Calculator.)
420 Be sure to type all the sample input exactly, especially noting the
421 difference between lower-case and upper-case letters.  Remember,
422 @key{RET}, @key{TAB}, @key{DEL}, and @key{SPC} are the Return, Tab,
423 Delete, and Space keys.
425 @strong{RPN calculation.}  In RPN, you type the input number(s) first,
426 then the command to operate on the numbers.
428 @noindent
429 Type @kbd{2 @key{RET} 3 + Q} to compute 
430 @texline @math{\sqrt{2+3} = 2.2360679775}.
431 @infoline the square root of 2+3, which is 2.2360679775.
433 @noindent
434 Type @kbd{P 2 ^} to compute 
435 @texline @math{\pi^2 = 9.86960440109}.
436 @infoline the value of `pi' squared, 9.86960440109.
438 @noindent
439 Type @key{TAB} to exchange the order of these two results.
441 @noindent
442 Type @kbd{- I H S} to subtract these results and compute the Inverse
443 Hyperbolic sine of the difference, 2.72996136574.
445 @noindent
446 Type @key{DEL} to erase this result.
448 @strong{Algebraic calculation.}  You can also enter calculations using
449 conventional ``algebraic'' notation.  To enter an algebraic formula,
450 use the apostrophe key.
452 @noindent
453 Type @kbd{' sqrt(2+3) @key{RET}} to compute 
454 @texline @math{\sqrt{2+3}}.
455 @infoline the square root of 2+3.
457 @noindent
458 Type @kbd{' pi^2 @key{RET}} to enter 
459 @texline @math{\pi^2}.
460 @infoline `pi' squared.  
461 To evaluate this symbolic formula as a number, type @kbd{=}.
463 @noindent
464 Type @kbd{' arcsinh($ - $$) @key{RET}} to subtract the second-most-recent
465 result from the most-recent and compute the Inverse Hyperbolic sine.
467 @strong{Keypad mode.}  If you are using the X window system, press
468 @w{@kbd{C-x * k}} to get Keypad mode.  (If you don't use X, skip to
469 the next section.)
471 @noindent
472 Click on the @key{2}, @key{ENTER}, @key{3}, @key{+}, and @key{SQRT}
473 ``buttons'' using your left mouse button.
475 @noindent
476 Click on @key{PI}, @key{2}, and @tfn{y^x}.
478 @noindent
479 Click on @key{INV}, then @key{ENTER} to swap the two results.
481 @noindent
482 Click on @key{-}, @key{INV}, @key{HYP}, and @key{SIN}.
484 @noindent
485 Click on @key{<-} to erase the result, then click @key{OFF} to turn
486 the Keypad Calculator off.
488 @strong{Grabbing data.}  Type @kbd{C-x * x} if necessary to exit Calc.
489 Now select the following numbers as an Emacs region:  ``Mark'' the
490 front of the list by typing @kbd{C-@key{SPC}} or @kbd{C-@@} there,
491 then move to the other end of the list.  (Either get this list from
492 the on-line copy of this manual, accessed by @w{@kbd{C-x * i}}, or just
493 type these numbers into a scratch file.)  Now type @kbd{C-x * g} to
494 ``grab'' these numbers into Calc.
496 @example
497 @group
498 1.23  1.97
499 1.6   2
500 1.19  1.08
501 @end group
502 @end example
504 @noindent
505 The result @samp{[1.23, 1.97, 1.6, 2, 1.19, 1.08]} is a Calc ``vector.''
506 Type @w{@kbd{V R +}} to compute the sum of these numbers.
508 @noindent
509 Type @kbd{U} to Undo this command, then type @kbd{V R *} to compute
510 the product of the numbers.
512 @noindent
513 You can also grab data as a rectangular matrix.  Place the cursor on
514 the upper-leftmost @samp{1} and set the mark, then move to just after
515 the lower-right @samp{8} and press @kbd{C-x * r}.
517 @noindent
518 Type @kbd{v t} to transpose this 
519 @texline @math{3\times2}
520 @infoline 3x2 
521 matrix into a 
522 @texline @math{2\times3}
523 @infoline 2x3
524 matrix.  Type @w{@kbd{v u}} to unpack the rows into two separate
525 vectors.  Now type @w{@kbd{V R + @key{TAB} V R +}} to compute the sums
526 of the two original columns. (There is also a special
527 grab-and-sum-columns command, @kbd{C-x * :}.)
529 @strong{Units conversion.}  Units are entered algebraically.
530 Type @w{@kbd{' 43 mi/hr @key{RET}}} to enter the quantity 43 miles-per-hour.
531 Type @w{@kbd{u c km/hr @key{RET}}}.  Type @w{@kbd{u c m/s @key{RET}}}.
533 @strong{Date arithmetic.}  Type @kbd{t N} to get the current date and
534 time.  Type @kbd{90 +} to find the date 90 days from now.  Type
535 @kbd{' <25 dec 87> @key{RET}} to enter a date, then @kbd{- 7 /} to see how
536 many weeks have passed since then.
538 @strong{Algebra.}  Algebraic entries can also include formulas
539 or equations involving variables.  Type @kbd{@w{' [x + y} = a, x y = 1] @key{RET}}
540 to enter a pair of equations involving three variables.
541 (Note the leading apostrophe in this example; also, note that the space
542 between @samp{x y} is required.)  Type @w{@kbd{a S x,y @key{RET}}} to solve
543 these equations for the variables @expr{x} and @expr{y}.
545 @noindent
546 Type @kbd{d B} to view the solutions in more readable notation.
547 Type @w{@kbd{d C}} to view them in C language notation, @kbd{d T}
548 to view them in the notation for the @TeX{} typesetting system,
549 and @kbd{d L} to view them in the notation for the La@TeX{} typesetting
550 system.  Type @kbd{d N} to return to normal notation.
552 @noindent
553 Type @kbd{7.5}, then @kbd{s l a @key{RET}} to let @expr{a = 7.5} in these formulas.
554 (That's a letter @kbd{l}, not a numeral @kbd{1}.)
556 @ifnotinfo
557 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
558 manual.  Type @kbd{C-x * c} to return to Calc after each of these
559 commands: @kbd{h k t N} to read about the @kbd{t N} command,
560 @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the @code{sqrt} function, and
561 @kbd{h s} to read the Calc summary.
562 @end ifnotinfo
563 @ifinfo
564 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
565 manual.  Remember to type the letter @kbd{l}, then @kbd{C-x * c}, to
566 return here after each of these commands: @w{@kbd{h k t N}} to read
567 about the @w{@kbd{t N}} command, @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the
568 @code{sqrt} function, and @kbd{h s} to read the Calc summary.
569 @end ifinfo
571 Press @key{DEL} repeatedly to remove any leftover results from the stack.
572 To exit from Calc, press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again.
574 @node Using Calc, History and Acknowledgements, Demonstration of Calc, Getting Started
575 @section Using Calc
577 @noindent
578 Calc has several user interfaces that are specialized for
579 different kinds of tasks.  As well as Calc's standard interface,
580 there are Quick mode, Keypad mode, and Embedded mode.
582 @menu
583 * Starting Calc::
584 * The Standard Interface::
585 * Quick Mode Overview::
586 * Keypad Mode Overview::
587 * Standalone Operation::
588 * Embedded Mode Overview::
589 * Other C-x * Commands::
590 @end menu
592 @node Starting Calc, The Standard Interface, Using Calc, Using Calc
593 @subsection Starting Calc
595 @noindent
596 On most systems, you can type @kbd{C-x *} to start the Calculator.
597 The key sequence @kbd{C-x *} is bound to the command @code{calc-dispatch}, 
598 which can be rebound if convenient (@pxref{Customizing Calc}).
600 When you press @kbd{C-x *}, Emacs waits for you to press a second key to
601 complete the command.  In this case, you will follow @kbd{C-x *} with a
602 letter (upper- or lower-case, it doesn't matter for @kbd{C-x *}) that says
603 which Calc interface you want to use.
605 To get Calc's standard interface, type @kbd{C-x * c}.  To get
606 Keypad mode, type @kbd{C-x * k}.  Type @kbd{C-x * ?} to get a brief
607 list of the available options, and type a second @kbd{?} to get
608 a complete list.
610 To ease typing, @kbd{C-x * *} also works to start Calc.  It starts the
611 same interface (either @kbd{C-x * c} or @w{@kbd{C-x * k}}) that you last
612 used, selecting the @kbd{C-x * c} interface by default.
614 If @kbd{C-x *} doesn't work for you, you can always type explicit
615 commands like @kbd{M-x calc} (for the standard user interface) or
616 @w{@kbd{M-x calc-keypad}} (for Keypad mode).  First type @kbd{M-x}
617 (that's Meta with the letter @kbd{x}), then, at the prompt,
618 type the full command (like @kbd{calc-keypad}) and press Return.
620 The same commands (like @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}) that start
621 the Calculator also turn it off if it is already on.
623 @node The Standard Interface, Quick Mode Overview, Starting Calc, Using Calc
624 @subsection The Standard Calc Interface
626 @noindent
627 @cindex Standard user interface
628 Calc's standard interface acts like a traditional RPN calculator,
629 operated by the normal Emacs keyboard.  When you type @kbd{C-x * c}
630 to start the Calculator, the Emacs screen splits into two windows
631 with the file you were editing on top and Calc on the bottom.
633 @smallexample
634 @group
637 --**-Emacs: myfile             (Fundamental)----All----------------------
638 --- Emacs Calculator Mode ---                   |Emacs Calculator Trail
639 2:  17.3                                        |    17.3
640 1:  -5                                          |    3
641     .                                           |    2
642                                                 |    4
643                                                 |  * 8
644                                                 |  ->-5
645                                                 |
646 --%*-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All----- --%*- *Calc Trail*
647 @end group
648 @end smallexample
650 In this figure, the mode-line for @file{myfile} has moved up and the
651 ``Calculator'' window has appeared below it.  As you can see, Calc
652 actually makes two windows side-by-side.  The lefthand one is
653 called the @dfn{stack window} and the righthand one is called the
654 @dfn{trail window.}  The stack holds the numbers involved in the
655 calculation you are currently performing.  The trail holds a complete
656 record of all calculations you have done.  In a desk calculator with
657 a printer, the trail corresponds to the paper tape that records what
658 you do.
660 In this case, the trail shows that four numbers (17.3, 3, 2, and 4)
661 were first entered into the Calculator, then the 2 and 4 were
662 multiplied to get 8, then the 3 and 8 were subtracted to get @mathit{-5}.
663 (The @samp{>} symbol shows that this was the most recent calculation.)
664 The net result is the two numbers 17.3 and @mathit{-5} sitting on the stack.
666 Most Calculator commands deal explicitly with the stack only, but
667 there is a set of commands that allow you to search back through
668 the trail and retrieve any previous result.
670 Calc commands use the digits, letters, and punctuation keys.
671 Shifted (i.e., upper-case) letters are different from lowercase
672 letters.  Some letters are @dfn{prefix} keys that begin two-letter
673 commands.  For example, @kbd{e} means ``enter exponent'' and shifted
674 @kbd{E} means @expr{e^x}.  With the @kbd{d} (``display modes'') prefix
675 the letter ``e'' takes on very different meanings:  @kbd{d e} means
676 ``engineering notation'' and @kbd{d E} means ``@dfn{eqn} language mode.''
678 There is nothing stopping you from switching out of the Calc
679 window and back into your editing window, say by using the Emacs
680 @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window}) command.  When the cursor is
681 inside a regular window, Emacs acts just like normal.  When the
682 cursor is in the Calc stack or trail windows, keys are interpreted
683 as Calc commands.
685 When you quit by pressing @kbd{C-x * c} a second time, the Calculator
686 windows go away but the actual Stack and Trail are not gone, just
687 hidden.  When you press @kbd{C-x * c} once again you will get the
688 same stack and trail contents you had when you last used the
689 Calculator.
691 The Calculator does not remember its state between Emacs sessions.
692 Thus if you quit Emacs and start it again, @kbd{C-x * c} will give you
693 a fresh stack and trail.  There is a command (@kbd{m m}) that lets
694 you save your favorite mode settings between sessions, though.
695 One of the things it saves is which user interface (standard or
696 Keypad) you last used; otherwise, a freshly started Emacs will
697 always treat @kbd{C-x * *} the same as @kbd{C-x * c}.
699 The @kbd{q} key is another equivalent way to turn the Calculator off.
701 If you type @kbd{C-x * b} first and then @kbd{C-x * c}, you get a
702 full-screen version of Calc (@code{full-calc}) in which the stack and
703 trail windows are still side-by-side but are now as tall as the whole
704 Emacs screen.  When you press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again to quit,
705 the file you were editing before reappears.  The @kbd{C-x * b} key
706 switches back and forth between ``big'' full-screen mode and the
707 normal partial-screen mode.
709 Finally, @kbd{C-x * o} (@code{calc-other-window}) is like @kbd{C-x * c}
710 except that the Calc window is not selected.  The buffer you were
711 editing before remains selected instead.  @kbd{C-x * o} is a handy
712 way to switch out of Calc momentarily to edit your file; type
713 @kbd{C-x * c} to switch back into Calc when you are done.
715 @node Quick Mode Overview, Keypad Mode Overview, The Standard Interface, Using Calc
716 @subsection Quick Mode (Overview)
718 @noindent
719 @dfn{Quick mode} is a quick way to use Calc when you don't need the
720 full complexity of the stack and trail.  To use it, type @kbd{C-x * q}
721 (@code{quick-calc}) in any regular editing buffer.
723 Quick mode is very simple:  It prompts you to type any formula in
724 standard algebraic notation (like @samp{4 - 2/3}) and then displays
725 the result at the bottom of the Emacs screen (@mathit{3.33333333333}
726 in this case).  You are then back in the same editing buffer you
727 were in before, ready to continue editing or to type @kbd{C-x * q}
728 again to do another quick calculation.  The result of the calculation
729 will also be in the Emacs ``kill ring'' so that a @kbd{C-y} command
730 at this point will yank the result into your editing buffer.
732 Calc mode settings affect Quick mode, too, though you will have to
733 go into regular Calc (with @kbd{C-x * c}) to change the mode settings.
735 @c [fix-ref Quick Calculator mode]
736 @xref{Quick Calculator}, for further information.
738 @node Keypad Mode Overview, Standalone Operation, Quick Mode Overview, Using Calc
739 @subsection Keypad Mode (Overview)
741 @noindent
742 @dfn{Keypad mode} is a mouse-based interface to the Calculator.
743 It is designed for use with terminals that support a mouse.  If you
744 don't have a mouse, you will have to operate Keypad mode with your
745 arrow keys (which is probably more trouble than it's worth).
747 Type @kbd{C-x * k} to turn Keypad mode on or off.  Once again you
748 get two new windows, this time on the righthand side of the screen
749 instead of at the bottom.  The upper window is the familiar Calc
750 Stack; the lower window is a picture of a typical calculator keypad.
752 @tex
753 \dimen0=\pagetotal%
754 \advance \dimen0 by 24\baselineskip%
755 \ifdim \dimen0>\pagegoal \vfill\eject \fi%
756 \medskip
757 @end tex
758 @smallexample
759 @group
760 |--- Emacs Calculator Mode ---
761 |2:  17.3
762 |1:  -5
763 |    .
764 |--%*-Calc: 12 Deg       (Calcul
765 |----+-----Calc 2.1------+----1
766 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
767 |----+----+----+----+----+----|
768 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
769 |----+----+----+----+----+----|
770 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
771 |----+----+----+----+----+----|
772 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
773 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
774 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
775 |-----+-----+-----+-----+-----|
776 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
777 |-----+-----+-----+-----+-----|
778 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
779 |-----+-----+-----+-----+-----|
780 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
781 |-----+-----+-----+-----+-----+
782 @end group
783 @end smallexample
785 Keypad mode is much easier for beginners to learn, because there
786 is no need to memorize lots of obscure key sequences.  But not all
787 commands in regular Calc are available on the Keypad.  You can
788 always switch the cursor into the Calc stack window to use
789 standard Calc commands if you need.  Serious Calc users, though,
790 often find they prefer the standard interface over Keypad mode.
792 To operate the Calculator, just click on the ``buttons'' of the
793 keypad using your left mouse button.  To enter the two numbers
794 shown here you would click @w{@kbd{1 7 .@: 3 ENTER 5 +/- ENTER}}; to
795 add them together you would then click @kbd{+} (to get 12.3 on
796 the stack).
798 If you click the right mouse button, the top three rows of the
799 keypad change to show other sets of commands, such as advanced
800 math functions, vector operations, and operations on binary
801 numbers.
803 Because Keypad mode doesn't use the regular keyboard, Calc leaves
804 the cursor in your original editing buffer.  You can type in
805 this buffer in the usual way while also clicking on the Calculator
806 keypad.  One advantage of Keypad mode is that you don't need an
807 explicit command to switch between editing and calculating.
809 If you press @kbd{C-x * b} first, you get a full-screen Keypad mode
810 (@code{full-calc-keypad}) with three windows:  The keypad in the lower
811 left, the stack in the lower right, and the trail on top.
813 @c [fix-ref Keypad Mode]
814 @xref{Keypad Mode}, for further information.
816 @node Standalone Operation, Embedded Mode Overview, Keypad Mode Overview, Using Calc
817 @subsection Standalone Operation
819 @noindent
820 @cindex Standalone Operation
821 If you are not in Emacs at the moment but you wish to use Calc,
822 you must start Emacs first.  If all you want is to run Calc, you
823 can give the commands:
825 @example
826 emacs -f full-calc
827 @end example
829 @noindent
832 @example
833 emacs -f full-calc-keypad
834 @end example
836 @noindent
837 which run a full-screen Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * c}) or
838 a full-screen X-based Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * k}).
839 In standalone operation, quitting the Calculator (by pressing
840 @kbd{q} or clicking on the keypad @key{EXIT} button) quits Emacs
841 itself.
843 @node Embedded Mode Overview, Other C-x * Commands, Standalone Operation, Using Calc
844 @subsection Embedded Mode (Overview)
846 @noindent
847 @dfn{Embedded mode} is a way to use Calc directly from inside an
848 editing buffer.  Suppose you have a formula written as part of a
849 document like this:
851 @smallexample
852 @group
853 The derivative of
855                                    ln(ln(x))
858 @end group
859 @end smallexample
861 @noindent
862 and you wish to have Calc compute and format the derivative for
863 you and store this derivative in the buffer automatically.  To
864 do this with Embedded mode, first copy the formula down to where
865 you want the result to be:
867 @smallexample
868 @group
869 The derivative of
871                                    ln(ln(x))
875                                    ln(ln(x))
876 @end group
877 @end smallexample
879 Now, move the cursor onto this new formula and press @kbd{C-x * e}.
880 Calc will read the formula (using the surrounding blank lines to
881 tell how much text to read), then push this formula (invisibly)
882 onto the Calc stack.  The cursor will stay on the formula in the
883 editing buffer, but the buffer's mode line will change to look
884 like the Calc mode line (with mode indicators like @samp{12 Deg}
885 and so on).  Even though you are still in your editing buffer,
886 the keyboard now acts like the Calc keyboard, and any new result
887 you get is copied from the stack back into the buffer.  To take
888 the derivative, you would type @kbd{a d x @key{RET}}.
890 @smallexample
891 @group
892 The derivative of
894                                    ln(ln(x))
898 1 / ln(x) x
899 @end group
900 @end smallexample
902 To make this look nicer, you might want to press @kbd{d =} to center
903 the formula, and even @kbd{d B} to use Big display mode.
905 @smallexample
906 @group
907 The derivative of
909                                    ln(ln(x))
912 % [calc-mode: justify: center]
913 % [calc-mode: language: big]
915                                        1
916                                     -------
917                                     ln(x) x
918 @end group
919 @end smallexample
921 Calc has added annotations to the file to help it remember the modes
922 that were used for this formula.  They are formatted like comments
923 in the @TeX{} typesetting language, just in case you are using @TeX{} or
924 La@TeX{}. (In this example @TeX{} is not being used, so you might want
925 to move these comments up to the top of the file or otherwise put them
926 out of the way.)
928 As an extra flourish, we can add an equation number using a
929 righthand label:  Type @kbd{d @} (1) @key{RET}}.
931 @smallexample
932 @group
933 % [calc-mode: justify: center]
934 % [calc-mode: language: big]
935 % [calc-mode: right-label: " (1)"]
937                                        1
938                                     -------                      (1)
939                                     ln(x) x
940 @end group
941 @end smallexample
943 To leave Embedded mode, type @kbd{C-x * e} again.  The mode line
944 and keyboard will revert to the way they were before.
946 The related command @kbd{C-x * w} operates on a single word, which
947 generally means a single number, inside text.  It uses any
948 non-numeric characters rather than blank lines to delimit the
949 formula it reads.  Here's an example of its use:
951 @smallexample
952 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
953 @end smallexample
955 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{C-x * w} to enable
956 Embedded mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
957 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
958 then @w{@kbd{C-x * w}} again to exit Embedded mode.
960 @smallexample
961 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
962 @end smallexample
964 @c [fix-ref Embedded Mode]
965 @xref{Embedded Mode}, for full details.
967 @node Other C-x * Commands,  , Embedded Mode Overview, Using Calc
968 @subsection Other @kbd{C-x *} Commands
970 @noindent
971 Two more Calc-related commands are @kbd{C-x * g} and @kbd{C-x * r},
972 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
973 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
974 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
975 cursor or ``point'' placed at the other.
977 The @kbd{C-x * g} command reads the region in the usual left-to-right,
978 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
979 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
980 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
981 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
982 @kbd{C-u C-x * g} interprets the region as a single number or
983 formula.
985 The @kbd{C-x * r} command reads a rectangle, with the point and
986 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
987 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
989 Complementary to these is @kbd{C-x * y}, which ``yanks'' the
990 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
991 If you type @w{@kbd{C-x * y}} while in such a buffer, the value is
992 yanked at the current position.  If you type @kbd{C-x * y} while
993 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
994 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
995 to be visible in order to use this command, as long as there
996 is something on the Calc stack.
998 Here, for reference, is the complete list of @kbd{C-x *} commands.
999 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
1000 following @kbd{C-x *}.
1002 @noindent
1003 Commands for turning Calc on and off:
1005 @table @kbd
1006 @item *
1007 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1009 @item =, +, -, /, \, &, #
1010 Alternatives for @kbd{*}.
1012 @item C
1013 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1014 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1015 in the Calc window, move the cursor into the window.
1017 @item O
1018 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1019 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1020 move it out of that window.
1022 @item B
1023 Control whether @kbd{C-x * c} and @kbd{C-x * k} use the full screen.
1025 @item Q
1026 Use Quick mode for a single short calculation.
1028 @item K
1029 Turn Calc Keypad mode on or off.
1031 @item E
1032 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1034 @item J
1035 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1037 @item W
1038 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1040 @item Z
1041 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1043 @item X
1044 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1045 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1046 @end table
1047 @iftex
1048 @sp 2
1049 @end iftex
1051 @noindent
1052 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1054 @table @kbd
1055 @item G
1056 Grab the region into the Calculator as a vector.
1058 @item R
1059 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1061 @item :
1062 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1064 @item _
1065 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1067 @item Y
1068 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1069 @end table
1070 @iftex
1071 @sp 2
1072 @end iftex
1074 @noindent
1075 Commands for use with Embedded mode:
1077 @table @kbd
1078 @item A
1079 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1080 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1081 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1083 @item D
1084 Duplicate the current formula immediately below and select
1085 the duplicate.
1087 @item F
1088 Insert a new formula at the current point.
1090 @item N
1091 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1093 @item P
1094 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1096 @item U
1097 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1099 @item `
1100 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1101 @end table
1102 @iftex
1103 @sp 2
1104 @end iftex
1106 @noindent
1107 Miscellaneous commands:
1109 @table @kbd
1110 @item I
1111 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1112 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1114 @item T
1115 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1117 @item S
1118 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1120 @item L
1121 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1122 are loaded only as they are needed.)
1124 @item M
1125 Read a region of written keystroke names (like @kbd{C-n a b c @key{RET}})
1126 and record them as the current keyboard macro.
1128 @item 0
1129 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1130 its initial state:  Empty stack, and initial mode settings.
1131 @end table
1133 @node History and Acknowledgements,  , Using Calc, Getting Started
1134 @section History and Acknowledgements
1136 @noindent
1137 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1138 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1139 the value of 
1140 @texline @math{2^{32}}.
1141 @infoline @expr{2^32}.  
1142 I didn't offhand, but I said, ``that's easy, just call up an
1143 @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported that the answer to our
1144 question was @samp{4.294967e+09}---with no way to see the full ten
1145 digits even though we knew they were there in the program's memory!  I
1146 was so annoyed, I vowed to write a calculator of my own, once and for
1147 all.
1149 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1150 and b) because, being only a text editor extension language after
1151 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1152 got too far out of hand.
1154 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1155 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1156 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1158 Emacs Lisp didn't have built-in floating point math (now it does), so
1159 this had to be simulated in software.  In fact, Emacs integers would
1160 only comfortably fit six decimal digits or so---not enough for a decent
1161 calculator.  So I had to write my own high-precision integer code as
1162 well, and once I had this I figured that arbitrary-size integers were
1163 just as easy as large integers.  Arbitrary floating-point precision was
1164 the logical next step.  Also, since the large integer arithmetic was
1165 there anyway it seemed only fair to give the user direct access to it,
1166 which in turn made it practical to support fractions as well as floats.
1167 All these features inspired me to look around for other data types that
1168 might be worth having.
1170 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1171 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1172 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I
1173 decided that these would be good for Calc to have, too.  And once
1174 things had gone this far, I figured I might as well take a look at
1175 serious algebra systems for further ideas.  Since these systems did
1176 far more than I could ever hope to implement, I decided to focus on
1177 rewrite rules and other programming features so that users could
1178 implement what they needed for themselves.
1180 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1181 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1182 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1184 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1185 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1186 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1188 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1189 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1190 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1191 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1192 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1193 algebra system for microcomputers.
1195 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1196 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1197 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1198 rules, and many other algebra features; 
1199 @texline Fran\c{c}ois
1200 @infoline Francois
1201 Pinard, who contributed an early prototype of the Calc Summary appendix
1202 as well as providing valuable suggestions in many other areas of Calc;
1203 Carl Witty, whose eagle eyes discovered many typographical and factual
1204 errors in the Calc manual; Tim Kay, who drove the development of
1205 Embedded mode; Ove Ewerlid, who made many suggestions relating to the
1206 algebra commands and contributed some code for polynomial operations;
1207 Randal Schwartz, who suggested the @code{calc-eval} function; Juha
1208 Sarlin, who first worked out how to split Calc into quickly-loading
1209 parts; Bob Weiner, who helped immensely with the Lucid Emacs port; and
1210 Robert J. Chassell, who suggested the Calc Tutorial and exercises as
1211 well as many other things.  
1213 @cindex Bibliography
1214 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1215 @cindex Numerical Recipes
1216 @c Should these be expanded into more complete references?
1217 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1218 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1219 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1220 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis
1221 for the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham,
1222 Knuth, and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the
1223 @emph{CRC Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and
1224 Abramowitz and Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical
1225 Functions}.  Also, of course, Calc could not have been written without
1226 the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil Lewis and
1227 Dan LaLiberte.
1229 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1230 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1231 finished in two weeks.
1233 @c [tutorial]
1235 @ifinfo
1236 @c This node is accessed by the `C-x * t' command.
1237 @node Interactive Tutorial, Tutorial, Getting Started, Top
1238 @chapter Tutorial
1240 @noindent
1241 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1243 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1244 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1245 for this).
1247 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1248 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1249 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1250 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1252 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1253 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1254 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1255 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1256 @kbd{l} to return to where you were before.
1258 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1260 Press @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1262 @menu
1263 * Tutorial::
1264 @end menu
1266 @node Tutorial, Introduction, Interactive Tutorial, Top
1267 @end ifinfo
1268 @ifnotinfo
1269 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1270 @end ifnotinfo
1271 @chapter Tutorial
1273 @noindent
1274 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1275 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1276 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1277 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1278 @c [not-split]
1279 to skip on to the rest of this manual.
1280 @c [when-split]
1281 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1283 @c [fix-ref Embedded Mode]
1284 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1285 The Quick mode and Keypad mode interfaces are fairly
1286 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1287 the Embedded mode interface.
1289 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1290 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1291 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1292 @kbd{C-x * c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1293 press @kbd{C-x * i} to start the Info system or to switch into its window.
1295 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1296 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1297 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1298 general areas.
1300 @ifnottex
1301 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1302 it as you learn Calc.  @xref{About This Manual}, to see how to make a
1303 printed summary.  @xref{Summary}.
1304 @end ifnottex
1305 @iftex
1306 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1307 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1308 Calc.
1309 @end iftex
1311 @menu
1312 * Basic Tutorial::
1313 * Arithmetic Tutorial::
1314 * Vector/Matrix Tutorial::
1315 * Types Tutorial::
1316 * Algebra Tutorial::
1317 * Programming Tutorial::
1319 * Answers to Exercises::
1320 @end menu
1322 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1323 @section Basic Tutorial
1325 @noindent
1326 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1327 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1328 to control various modes of the Calculator.
1330 @menu
1331 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1332 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1333 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1334 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1335 @end menu
1337 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1338 @subsection RPN Calculations and the Stack
1340 @cindex RPN notation
1341 @ifnottex
1342 @noindent
1343 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1344 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1345 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1346 Jan Lukasiewicz.)
1347 @end ifnottex
1348 @tex
1349 \noindent
1350 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1351 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1352 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1353 Jan \L ukasiewicz.)
1354 @end tex
1356 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1357 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1358 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1359 from the top of the stack.
1361 @cindex Operators
1362 @cindex Operands
1363 In an operation like @expr{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1364 and the @expr{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1365 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1366 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1367 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1368 number of operands from the stack and pushes back the result.
1370 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1371 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1372 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1373 you wish; type @kbd{C-x * c} to switch into the Calc window (you can type
1374 @kbd{C-x * c} again or @kbd{C-x * o} to switch back to the Tutorial window).
1375 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1376 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1377 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1378 will look at various points throughout the calculation:
1380 @smallexample
1381 @group
1382     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1383                    .          1:  3              .
1384                                   .
1386   C-x * c          2 @key{RET}          3 @key{RET}            +             @key{DEL}
1387 @end group
1388 @end smallexample
1390 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1391 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1392 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1393 less distracting in regular use.
1395 @cindex Stack levels
1396 @cindex Levels of stack
1397 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1398 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1399 @expr{x}, @expr{y}, @expr{z}, and @expr{t}.  Calc's stack can grow
1400 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1401 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1402 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1403 work on the top few levels of the stack.
1405 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1406 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1407 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1408 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1409 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1410 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1411 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1412 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1413 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1414 if you are interested.
1416 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1417 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1418 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1419 automatically enters that number and then does the requested command.
1420 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.
1422 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1423 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1425 @smallexample
1426 @group
1427 1:  2          2:  2          1:  5
1428     .          1:  3              .
1429                    .
1431   2 @key{RET}            3              +
1432 @end group
1433 @end smallexample
1435 @noindent
1436 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1437 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1438 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1440 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1441 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1442 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1443 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1444 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1445 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1446 return to where you were.)
1448 @noindent
1449 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1450 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1451 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1452 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1454 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute 
1455 @texline @math{(2\times4) + (7\times9.4) + {5\over4}}
1456 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4} 
1457 using the stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1459 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1460 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1461 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1462 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1463 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1464 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1465 results of the previous example at the beginning of a new example.
1466 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1467 clear away old results, the text will remind you to do so.
1469 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1470 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1471 spend a long time reformatting such a large stack.)
1473 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1474 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1475 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1476 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1477 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1479 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1480 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1481 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1483 @cindex Duplicating a stack entry
1484 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1485 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1487 @smallexample
1488 @group
1489 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1490     .          1:  3              .          1:  9              .
1491                    .                             .
1493   3 @key{RET}           @key{RET}             *             @key{RET}             *
1494 @end group
1495 @end smallexample
1497 @noindent
1498 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1499 to raise 3 to the fourth power.)
1501 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1502 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1503 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1505 @cindex Exchanging stack entries
1506 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1507 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1508 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1509 was @expr{20 / (2+3)}.
1511 @smallexample
1512 @group
1513 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1514     .          1:  20         1:  5              .
1515                    .              .
1517  2 @key{RET} 3 +         20            @key{TAB}             /
1518 @end group
1519 @end smallexample
1521 @noindent
1522 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1524 @smallexample
1525 @group
1526 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1527     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1528                    .          1:  3              .
1529                                   .
1531   20 @key{RET}         2 @key{RET}            3              +              /
1532 @end group
1533 @end smallexample
1535 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1536 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1537 bringing the object in level 3 to the top.
1539 @smallexample
1540 @group
1541 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1542     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1543                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1544                                   .              .              .
1546   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
1547 @end group
1548 @end smallexample
1550 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1551 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1552 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1553 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1555 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1556 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1557 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1558 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1560 @smallexample
1561 @group
1562 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1563     .              .          1:  16             .              .
1564                                   .
1566   3 @key{RET}          @key{RET} *        4 @key{RET} @key{RET} *        +              Q
1567 @end group
1568 @end smallexample
1570 @noindent
1571 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1572 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1574 @cindex Pythagorean Theorem
1575 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1576 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1577 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1578 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1580 @smallexample
1581 @group
1582 1:  3          2:  3          1:  5
1583     .          1:  4              .
1584                    .
1586   3 @key{RET}          4 @key{RET}      M-x calc-hypot
1587 @end group
1588 @end smallexample
1590 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1591 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1592 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1593 prefix for you:
1595 @smallexample
1596 @group
1597 1:  3          2:  3          1:  5
1598     .          1:  4              .
1599                    .
1601   3 @key{RET}          4 @key{RET}         x hypot
1602 @end group
1603 @end smallexample
1605 What happens if you take the square root of a negative number?
1607 @smallexample
1608 @group
1609 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
1610     .              .              .
1612   4 @key{RET}            n              Q
1613 @end group
1614 @end smallexample
1616 @noindent
1617 The notation @expr{(a, b)} represents a complex number.
1618 Complex numbers are more traditionally written @expr{a + b i};
1619 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
1620 @expr{(a, b)} notation.
1622 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
1623 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
1624 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
1625 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
1626 complex result.)
1628 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
1629 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
1631 @smallexample
1632 @group
1633 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
1634     .          1:  2              .              3              .
1635                    .                             .
1637     (              2              ,              3              )
1638 @end group
1639 @end smallexample
1641 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
1642 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
1644 @smallexample
1645 @group
1646 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
1647     .          1:  2          2:  2              5              5
1648                    .          1:  3              .              .
1649                                   .
1650                                                              (error)
1651     (             2 @key{RET}           3              +              +
1652 @end group
1653 @end smallexample
1655 @noindent
1656 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
1657 produces an error message and leaves the stack the same.
1659 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
1660 moved around by the regular stack commands.
1662 @smallexample
1663 @group
1664 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
1665 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
1666     .          1:  ( ...      1:  2              3
1667                    .              .              .
1669 2 @key{RET} 3 @key{RET}        (            M-@key{TAB}          M-@key{TAB}            )
1670 @end group
1671 @end smallexample
1673 @noindent
1674 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
1675 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
1676 entry and the top are collected, so there's never really a reason
1677 to use the comma.  It's up to you.
1679 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @expr{(2, 3)},
1680 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
1681 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
1682 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
1683 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
1685 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
1686 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
1687 the tutorial.
1689 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
1690 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
1691 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
1692 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
1693 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
1694 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
1695 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
1697 @smallexample
1698 @group
1699 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
1700     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
1701                    .          1:  30         1:  30
1702                                   .              .
1704   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u 3            +
1705 @end group
1706 @end smallexample
1708 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
1709 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
1710 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
1711 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
1712 the second-to-top element of the stack:
1714 @smallexample
1715 @group
1716 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
1717     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
1718                    .          1:  30         1:  30         2:  30
1719                                   .              .          1:  20
1720                                                                 .
1722   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u -2          @key{RET}
1723 @end group
1724 @end smallexample
1726 @cindex Clearing the stack
1727 @cindex Emptying the stack
1728 Another common idiom is @kbd{M-0 @key{DEL}}, which clears the stack.
1729 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
1730 entire stack.)
1732 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
1733 @subsection Algebraic-Style Calculations
1735 @noindent
1736 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
1737 Calculator in Algebraic mode, which is closer to the way
1738 non-RPN calculators work.  In Algebraic mode, you enter formulas
1739 in traditional @expr{2+3} notation.
1741 @strong{Warning:} Note that @samp{/} has lower precedence than
1742 @samp{*}, so that @samp{a/b*c} is interpreted as @samp{a/(b*c)}.  See
1743 below for details.
1745 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
1746 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
1747 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
1748 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
1749 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
1750 computation as a formula, read the result from the stack, then press
1751 @key{DEL} to delete it from the stack.
1753 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
1754 The result should be the number 9.
1756 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
1757 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
1758 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
1759 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
1760 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
1762 @example
1763 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
1764 @end example
1766 @noindent
1767 is equivalent to
1769 @example
1770 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
1771 @end example
1773 @noindent
1774 or, in large mathematical notation,
1776 @ifnottex
1777 @example
1778 @group
1779     3 * 4 * 5
1780 2 + --------- - 9
1781           8
1782      6 * 7
1783 @end group
1784 @end example
1785 @end ifnottex
1786 @tex
1787 \turnoffactive
1788 \beforedisplay
1789 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
1790 \afterdisplay
1791 @end tex
1793 @noindent
1794 The result of this expression will be the number @mathit{-6.99999826533}.
1796 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
1797 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
1798 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
1799 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
1801 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
1802 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
1803 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @mathit{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
1804 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
1806 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is
1807 Algebraic mode, where Calc automatically senses
1808 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
1809 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
1810 should appear in the Calc window's mode line.)
1812 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
1814 In Algebraic mode, when you press any key that would normally begin
1815 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
1816 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
1817 an algebraic entry.
1819 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
1820 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
1821 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
1822 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
1823 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
1825 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
1826 be @expr{0.16227766017}.
1828 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
1829 the apostrophe even if you are in Algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
1830 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
1831 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
1832 rule to use!
1834 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
1835 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
1836 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
1838 Still in Algebraic mode, type:
1840 @smallexample
1841 @group
1842 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
1843     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
1844                    .                             .
1846  (2,3) @key{RET}      (1,-2) @key{RET}        *              1 @key{RET}          +
1847 @end group
1848 @end smallexample
1850 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
1851 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
1852 after every entry, even for a simple number like @expr{1}.
1854 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special Incomplete Algebraic
1855 mode in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
1856 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
1857 Total Algebraic mode, started by typing @kbd{m t}, in which all
1858 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
1859 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of Total Algebraic
1860 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.)
1862 If you're still in Algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
1864 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
1865 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
1866 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
1867 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
1868 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
1869 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
1870 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
1871 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
1872 of the stack.  Here, we perform the calculation 
1873 @texline @math{\sqrt{2\times4+1}},
1874 @infoline @expr{sqrt(2*4+1)},
1875 which on a traditional calculator would be done by pressing
1876 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
1878 @smallexample
1879 @group
1880 1:  8          1:  9          1:  3
1881     .              .              .
1883   ' 2*4 @key{RET}        $+1 @key{RET}        Q
1884 @end group
1885 @end smallexample
1887 @noindent
1888 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
1889 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
1891 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
1892 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
1893 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
1894 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
1896 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
1897 entries.  For example, @kbd{' $$+$ @key{RET}} is just like typing @kbd{+}.
1899 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
1900 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
1901 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
1902 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
1903 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
1904 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
1905 or more letters or digits, beginning with a letter.
1907 @smallexample
1908 @group
1909 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
1910     .                             .              .
1912     17          s t a @key{RET}      ' a+a^2 @key{RET}       =
1913 @end group
1914 @end smallexample
1916 @noindent
1917 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
1918 variables by the values that were stored in them.
1920 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
1921 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
1922 or by using the @kbd{s r} command.
1924 @smallexample
1925 @group
1926 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
1927     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
1928                    .          1:  2              .
1929                                   .
1931   s r a @key{RET}     ' a @key{RET} =         2              ^              +
1932 @end group
1933 @end smallexample
1935 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
1936 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
1937 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
1938 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
1939 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
1940 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
1942 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
1943 values are left alone, even when you evaluate the formula.
1945 @smallexample
1946 @group
1947 1:  2 a + 2 b     1:  34 + 2 b
1948     .                 .
1950  ' 2a+2b @key{RET}          =
1951 @end group
1952 @end smallexample
1954 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
1955 alone, as are calls for which the value is undefined.
1957 @smallexample
1958 @group
1959 1:  2 + log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3)
1960     .
1962  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) @key{RET}
1963 @end group
1964 @end smallexample
1966 @noindent
1967 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
1968 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
1969 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
1970 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
1971 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
1972 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
1973 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
1974 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
1975 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
1976 automatically displays the first message only if the message is
1977 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
1978 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
1979 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
1980 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
1982 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
1983 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
1984 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
1985 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
1986 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
1988 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
1989 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
1990 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
1992 One interesting way to work with variables is to use the
1993 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
1994 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
1995 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
1996 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
1997 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
1998 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
1999 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
2001 @smallexample
2002 @group
2003 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
2004 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
2005     .                                  .
2007 ' 2+3 => @key{RET}  ' 2a+2b @key{RET} s =          10 s t a @key{RET}
2008 @end group
2009 @end smallexample
2011 @noindent
2012 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2013 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @expr{a}
2014 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2015 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2016 to see the effects on the formulas' values.
2018 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2020 @smallexample
2021 @group
2022 2:  2 + 5 => 5
2023 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2024     .
2026     s u a @key{RET}
2027 @end group
2028 @end smallexample
2030 We will encounter formulas involving variables and functions again
2031 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2033 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2034 @subsection Undo and Redo
2036 @noindent
2037 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2038 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 @key{DEL}}) and exit
2039 and restart Calc (@kbd{C-x * * C-x * *}) to make sure things start off
2040 with a clean slate.  Now:
2042 @smallexample
2043 @group
2044 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2045     .          1:  3              .          1:  3              .
2046                    .                             .
2048    2 @key{RET}           3              ^              U              *
2049 @end group
2050 @end smallexample
2052 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2053 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2054 above example, you could type:
2056 @smallexample
2057 @group
2058 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2059     .          1:  3              .
2060                    .
2061                                                              (error)
2062                    U              U              U              U
2063 @end group
2064 @end smallexample
2066 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2067 mistakenly.
2069 @smallexample
2070 @group
2071     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2072                    .          1:  3              .              .
2073                                   .
2074                                                              (error)
2075                    D              D              D              D
2076 @end group
2077 @end smallexample
2079 @noindent
2080 It was not possible to redo past the @expr{6}, since that was placed there
2081 by something other than an undo command.
2083 @cindex Time travel
2084 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2085 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2086 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2087 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2088 again.  Thus, the inability to redo past the @expr{6} even though there
2089 was an earlier undo command.
2091 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2092 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2093 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2094 press @kbd{t d} now to turn it on.
2096 Let's try grabbing an earlier result.  The @expr{8} we computed was
2097 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2098 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2099 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2100 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2101 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2102 @expr{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2103 stack.
2105 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2106 went into the trail.
2108 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2109 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2110 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2111 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2112 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2113 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2114 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2115 continue the search forwards or backwards as you like.
2117 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2118 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2119 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2120 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2121 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2123 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2124 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2125 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2126 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2127 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2128 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2129 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2130 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2131 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2132 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.  
2133 You can also type @kbd{h h} to see all the help at once.
2135 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2137 @smallexample
2138 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2139 @end smallexample
2141 @noindent
2142 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2143 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2144 with a single capital letter showing which letter you press to get
2145 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2146 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2147 again to see more @kbd{t}-prefix commands.  Notice that the commands
2148 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2150 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2151 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2152 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2153 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2154 the prefix.
2156 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2157 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2158 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2159 to edit a stack entry.
2161 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2162 @cpi{}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2163 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2164 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2165 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2166 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2167 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2168 during entry of a number or algebraic formula.
2170 @node Modes Tutorial,  , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2171 @subsection Mode-Setting Commands
2173 @noindent
2174 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2175 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2176 mode, namely Algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2177 try some of the most common ones here.
2179 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2180 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2182 @smallexample
2183 --%*-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2184 @end smallexample
2186 @noindent
2187 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2188 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2189 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2190 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2191 we get @expr{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2192 leading and trailing zeros.
2194 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2195 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2196 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2198 @smallexample
2199 @group
2200 1:  0.142857142857
2201 2:  0.142857142857142857142857142857
2202     .
2203 @end group
2204 @end smallexample
2206 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2207 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2208 all, the true value @expr{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2209 Calc has to stop somewhere.
2211 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2212 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2214 Calculations always use the current precision.  For example, even
2215 though we have a 30-digit value for @expr{1/7} on the stack, if
2216 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2217 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2218 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2219 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2220 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2222 @smallexample
2223 @group
2224 1:  0.142857142857
2225 2:  0.142857142857142857142857142857
2226 3:  1.14285714286
2227     .
2228 @end group
2229 @end smallexample
2231 @noindent
2232 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2233 digit on the right from even the 12-digit value of @expr{1/7}.
2235 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2236 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2237 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2238 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2239 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2240 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2241 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2242 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2243 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2244 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2245 arithmetic.
2247 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2248 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2249 to convert an integer to floating-point form.
2251 Let's try entering that last calculation:
2253 @smallexample
2254 @group
2255 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2256     .          1:  10000          .
2257                    .
2259   2.0 @key{RET}          10000 @key{RET}      ^
2260 @end group
2261 @end smallexample
2263 @noindent
2264 @cindex Scientific notation, entry of
2265 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2266 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2267 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2268 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2270 @smallexample
2271 @group
2272 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2273     .          1:  10000.         .
2274                    .
2276   2.0 @key{RET}          1e4 @key{RET}        ^
2277 @end group
2278 @end smallexample
2280 @cindex Round-off errors
2281 @noindent
2282 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2283 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2284 exact integer @expr{10000}, but in the second it contained
2285 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2286 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2287 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2288 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2289 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2290 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2291 out:
2293 @smallexample
2294 @group
2295     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2296                    .          1:  10000.         .
2297                                   .
2299  p 16 @key{RET}        2. @key{RET}           1e4            ^    p 12 @key{RET}
2300 @end group
2301 @end smallexample
2303 @noindent
2304 @cindex Guard digits
2305 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2306 calculation using an integer or floating-point power, since we
2307 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2308 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2309 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2310 last place.
2312 @cindex Guard digits
2313 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2314 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2315 In each case, Calc added about two digits of precision during
2316 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2317 afterward.  In one case, it was enough; in the other, it
2318 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2319 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2321 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2322 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2323 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2324 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2325 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2326 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2327 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2328 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2329 onto the stack and try some different display modes.  First,
2330 use @kbd{M-0 @key{DEL}} to clear the stack, then enter the four
2331 numbers shown here:
2333 @smallexample
2334 @group
2335 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2336 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2337 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2338 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2339     .              .              .              .              .
2341    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2342 @end group
2343 @end smallexample
2345 @noindent
2346 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2347 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2348 five significant figures reappeared.  The float format does not
2349 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2350 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2351 of numbers in the Calculator's memory.
2353 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2354 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2355 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2356 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2358 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2359 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2360 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2361 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2362 mode-changing command will appear in the new format.
2364 @smallexample
2365 @group
2366 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2367 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2368 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2369 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2370     .              .              .              .              .
2372     H d s          @key{DEL} U          @key{TAB}            d @key{SPC}          d n
2373 @end group
2374 @end smallexample
2376 @noindent
2377 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2378 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2379 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2380 entries reformats both entries.  The @kbd{d @key{SPC}} command refreshes the
2381 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2382 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2383 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2385 Notice that the integer @expr{12345} was not affected by any
2386 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2387 displayed exactly.
2389 @cindex Large numbers, readability
2390 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2391 the result of @kbd{2^3^4}.
2393 @example
2394 2417851639229258349412352
2395 @end example
2397 @noindent
2398 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2400 @example
2401 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2402 @end example
2404 @noindent
2405 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2406 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2407 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2409 @example
2410 24178,51639,22925,83494,12352
2411 @end example
2413 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2414 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2415 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2417 @example
2418 24,17851,63922.9258349412352
2419 @end example
2421 @noindent
2422 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2423 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2425 @example
2426 24,17851,63922.92583,49412,352
2427 @end example
2429 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2430 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2432 @example
2433 24 17851 63922.92583 49412 352
2434 @end example
2436 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2437 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2438 restore the default precision.
2440 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2441 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2442 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2443 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2445 @example
2446 16#200000000000000000000
2447 @end example
2449 @noindent
2450 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2451 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2452 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2453 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2454 form:
2456 @example
2457 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2458 @end example
2460 @noindent
2461 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2462 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2463 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2464 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2465 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2466 stack in a separate window.  (Press @kbd{C-c C-c} when you are done.)
2468 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2469 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2470 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2471 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2472 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2474 @example
2475 2#101,1111,1110
2476 @end example
2478 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2479 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2480 other radix.
2482 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2484 @example
2485 1,534
2486 @end example
2488 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2489 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2490 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2491 to integers, fractions, and floats.
2493 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2494 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2495 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2496 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2497 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2498 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2499 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2500 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2501 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2503 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2504 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2505 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2506 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2507 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2508 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2509 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2510 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2512 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2513 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2514 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2515 the way they are actually computed.
2517 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2518 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2519 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2520 angle is measured in degrees.  For example,
2522 @smallexample
2523 @group
2524 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2525     .              .                    .                     .
2527     45             S                    2 ^                   c 1
2528 @end group
2529 @end smallexample
2531 @noindent
2532 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2533 of 45 degrees is 
2534 @texline @math{\sqrt{2}/2};
2535 @infoline @expr{sqrt(2)/2}; 
2536 squaring this yields @expr{2/4 = 0.5}.  However, there has been a slight
2537 roundoff error because the representation of 
2538 @texline @math{\sqrt{2}/2}
2539 @infoline @expr{sqrt(2)/2} 
2540 wasn't exact.  The @kbd{c 1} command is a handy way to clean up numbers
2541 in this case; it temporarily reduces the precision by one digit while it
2542 re-rounds the number on the top of the stack.
2544 @cindex Roundoff errors, examples
2545 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2546 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2547 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2548 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2550 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2551 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2552 @cpiover{4} radians.  To get @cpi{}, press the @kbd{P} key.  (Once
2553 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2554 @kbd{p} sets the precision.)
2556 @smallexample
2557 @group
2558 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2559     .                   .                .
2561     P                   4 /       m r    S
2562 @end group
2563 @end smallexample
2565 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2566 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2568 @smallexample
2569 @group
2570 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2571     .                    .                    .
2573     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2574 @end group
2575 @end smallexample
2577 @noindent
2578 Here we compute the Inverse Sine of 
2579 @texline @math{\sqrt{0.5}},
2580 @infoline @expr{sqrt(0.5)}, 
2581 first in radians, then in degrees.
2583 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2584 and vice-versa.
2586 @smallexample
2587 @group
2588 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2589     .              .                      .
2591     45             c r                    c d
2592 @end group
2593 @end smallexample
2595 Another interesting mode is @dfn{Fraction mode}.  Normally,
2596 dividing two integers produces a floating-point result if the
2597 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2598 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2599 number, instead.
2601 @smallexample
2602 @group
2603 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2604 1:  9              .                    .
2605     .
2607  12 @key{RET} 9          /          m f       U /      m f
2608 @end group
2609 @end smallexample
2611 @noindent
2612 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2613 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
2615 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
2616 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
2617 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
2618 elements.)  Calculations involving fractions will always
2619 produce exact fractional results; Fraction mode only says
2620 what to do when dividing two integers.
2622 @cindex Fractions vs. floats
2623 @cindex Floats vs. fractions
2624 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
2625 why would you ever use floating-point numbers instead?
2626 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
2628 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
2629 In the above example, we had to Undo the division and do it over
2630 again when we changed to Fraction mode.  But if you use the
2631 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
2632 recompute for you.
2634 @smallexample
2635 @group
2636 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
2637     .                              .                      .
2639    ' 12/9 => @key{RET}                   p 4 @key{RET}                m f
2640 @end group
2641 @end smallexample
2643 @noindent
2644 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
2645 on the stack is recomputed when we change the precision, then
2646 again when we change to Fraction mode.  All @samp{=>} expressions
2647 on the stack are recomputed every time you change any mode that
2648 might affect their values.
2650 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
2651 @section Arithmetic Tutorial
2653 @noindent
2654 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
2655 available in the Calculator.
2657 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
2658 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
2659 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
2660 change-sign and reciprocal operations, respectively.
2662 @smallexample
2663 @group
2664 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
2665     .              .              .              .              .
2667     5              &              &              n              n
2668 @end group
2669 @end smallexample
2671 @cindex Binary operators
2672 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
2673 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
2674 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
2675 a negative prefix.
2677 @smallexample
2678 @group
2679 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
2680 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
2681 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
2682     .                             .          1:  10             .
2683                                                  .
2685 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
2686 @end group
2687 @end smallexample
2689 @cindex Unary operators
2690 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
2691 stack entries with a numeric prefix, too.
2693 @smallexample
2694 @group
2695 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
2696 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
2697 1:  4          1:  0.25               1:  4.
2698     .              .                      .
2700 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4      M-3 &                  M-2 &
2701 @end group
2702 @end smallexample
2704 Notice that the results here are left in floating-point form.
2705 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
2706 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
2707 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
2708 integer.
2710 @smallexample
2711 @group
2712 7:  2.         7:  2          7:  2
2713 6:  2.4        6:  2          6:  2
2714 5:  2.5        5:  2          5:  3
2715 4:  2.6        4:  2          4:  3
2716 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
2717 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
2718 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
2719     .              .              .
2721                   M-7 F        U M-7 R
2722 @end group
2723 @end smallexample
2725 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
2726 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
2727 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
2728 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
2729 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
2731 @smallexample
2732 @group
2733 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
2734 1:  100            .          1:  100            .
2735     .                             .
2737 1234 @key{RET} 100       \              U              %
2738 @end group
2739 @end smallexample
2741 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
2743 @smallexample
2744 @group
2745 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
2746 1:  1              .          1:  1              .
2747     .                             .
2749 3.1415 @key{RET} 1       \              U              %
2750 @end group
2751 @end smallexample
2753 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
2754 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
2755 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
2756 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
2757 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2759 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
2760 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
2761 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@expr{e^x}) and @kbd{L} (natural
2762 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
2763 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
2765 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
2766 identity 
2767 @texline @math{\sin^2x + \cos^2x = 1}.
2768 @infoline @expr{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.  
2769 We'll arbitrarily pick @mathit{-64} degrees as a good value for @expr{x}.
2770 With the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
2772 @smallexample
2773 @group
2774 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
2775 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
2776     .              .              .              .
2778  64 n @key{RET} @key{RET}      S              @key{TAB}            C              f h
2779 @end group
2780 @end smallexample
2782 @noindent
2783 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
2784 You can of course do these calculations to any precision you like.)
2786 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
2787 of squares, command.
2789 Another identity is 
2790 @texline @math{\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}}.
2791 @infoline @expr{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
2792 @smallexample
2793 @group
2795 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
2796 1:  0.43837        .              .
2797     .
2799     U              /              I T
2800 @end group
2801 @end smallexample
2803 A physical interpretation of this calculation is that if you move
2804 @expr{0.89879} units downward and @expr{0.43837} units to the right,
2805 your direction of motion is @mathit{-64} degrees from horizontal.  Suppose
2806 we move in the opposite direction, up and to the left:
2808 @smallexample
2809 @group
2810 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
2811 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
2812     .              .
2814     U U            M-2 n          /              I T
2815 @end group
2816 @end smallexample
2818 @noindent
2819 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
2820 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
2821 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
2822 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
2823 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
2824 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
2825 to give you a full 360-degree answer.
2827 @smallexample
2828 @group
2829 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
2830 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
2831     .                         1:  0.43837        .
2832                                   .
2834     U U            f T         M-@key{RET} M-2 n       f T            -
2835 @end group
2836 @end smallexample
2838 @noindent
2839 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
2840 point in opposite directions, just as we would expect.
2842 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
2843 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
2844 restores the arguments of the last command to the stack without removing
2845 the command's result.  It is useful in situations like this one,
2846 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
2847 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
2848 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
2849 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
2851 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
2852 except that it is the @emph{difference}
2853 @texline @math{\cosh^2x - \sinh^2x}
2854 @infoline @expr{cosh(x)^2 - sinh(x)^2} 
2855 that always equals one.  Let's try to verify this identity.
2857 @smallexample
2858 @group
2859 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
2860 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
2861     .              .              .              .              .
2863  64 n @key{RET} @key{RET}      H C            2 ^            @key{TAB}            H S 2 ^
2864 @end group
2865 @end smallexample
2867 @noindent
2868 @cindex Roundoff errors, examples
2869 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
2870 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
2871 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
2872 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
2873 error.
2875 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
2876 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
2877 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
2878 0.99999, reasonably close to 1.
2880 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
2881 a more reasonable value for @expr{x}!
2883 @cindex Common logarithm
2884 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
2885 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
2886 @expr{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
2887 prefix.
2889 @smallexample
2890 @group
2891 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
2892     .              .              .              .
2894     1000           L              U              H L
2895 @end group
2896 @end smallexample
2898 @noindent
2899 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
2900 and compute a common logarithm instead.
2902 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
2903 value of @var{b}.
2905 @smallexample
2906 @group
2907 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
2908 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
2909     .                                            .
2911  1000 @key{RET} 10       B              H E            H P            B
2912 @end group
2913 @end smallexample
2915 @noindent
2916 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
2917 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
2918 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
2919 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @expr{e}
2920 onto the stack.
2922 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
2923 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
2924 an exact rational result for calculations involving rational numbers
2925 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
2926 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
2927 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
2928 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
2929 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
2930 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
2931 probably wanted was @samp{1e1000}.
2933 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
2934 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
2935 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2937 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
2938 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
2939 which computes the product of all the integers up to a given number.
2941 @smallexample
2942 @group
2943 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
2944     .              .                     .              .
2946     100            !                     U c f          !
2947 @end group
2948 @end smallexample
2950 @noindent
2951 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
2952 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
2953 of a floating-point number, you get a floating-point result
2954 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
2955 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
2956 in this case).
2958 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
2959 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
2960 @texline @math{\Gamma(n)}
2961 @infoline @expr{gamma(n)}
2962 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
2964 @smallexample
2965 @group
2966 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
2967 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
2968 1:  5.         1:  120.
2969     .              .
2971                    M-3 !              M-0 @key{DEL} 5.5       f g
2972 @end group
2973 @end smallexample
2975 @noindent
2976 Here we verify the identity 
2977 @texline @math{n! = \Gamma(n+1)}.
2978 @infoline @expr{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
2980 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}
2981 @texline or @math{\displaystyle {n \choose m}}
2982 is defined by
2983 @texline @math{\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}}
2984 @infoline @expr{n!@: / m!@: (n-m)!}
2985 for all reals @expr{n} and @expr{m}.  The intermediate results in this
2986 formula can become quite large even if the final result is small; the
2987 @kbd{k c} command computes a binomial coefficient in a way that avoids
2988 large intermediate values.
2990 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
2991 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
2992 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
2994 @smallexample
2995 @group
2996 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
2997 1:  20             .              .
2998     .
3000  30 @key{RET} 20         k c            k f
3001 @end group
3002 @end smallexample
3004 @noindent
3005 You can verify these prime factors by using @kbd{V R *} to multiply
3006 together the elements of this vector.  The result is the original
3007 number, 30045015.
3009 @cindex Hash tables
3010 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3011 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3012 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3014 @smallexample
3015 @group
3016 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3017     .              .              .
3019     10000          k n            I k n
3020 @end group
3021 @end smallexample
3023 @noindent
3024 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3025 10000.
3027 @c [fix-ref Financial Functions]
3028 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3029 commands that deal with business and financial calculations (functions
3030 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3032 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3033 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3034 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3036 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3037 @section Vector/Matrix Tutorial
3039 @noindent
3040 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3041 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3042 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3043 a vector as a list of objects.
3045 @menu
3046 * Vector Analysis Tutorial::
3047 * Matrix Tutorial::
3048 * List Tutorial::
3049 @end menu
3051 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3052 @subsection Vector Analysis
3054 @noindent
3055 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3056 elements, taken pairwise.
3058 @smallexample
3059 @group
3060 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3061     .             1:  [7, 6, 0]         .
3062                       .
3064     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3065 @end group
3066 @end smallexample
3068 @noindent
3069 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3070 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3071 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3072 vectors so we can easily reuse them later.
3074 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3075 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3076 of the vectors.
3078 @smallexample
3079 @group
3080 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3081 1:  [7, 6, 0]         .
3082     .
3084     r 1 r 2           *
3085 @end group
3086 @end smallexample
3088 @cindex Dot product
3089 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3090 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3091 is interpreted as a line from the origin @expr{(0,0,0)} to the
3092 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3093 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3094 vector.
3096 @smallexample
3097 @group
3098 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3099 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3100 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3101     .                 .
3103     M-@key{RET}             M-2 A          * /             I C
3104 @end group
3105 @end smallexample
3107 @noindent
3108 First we recall the arguments to the dot product command, then
3109 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3110 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3111 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3112 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3113 is about 56 degrees.
3115 @cindex Cross product
3116 @cindex Perpendicular vectors
3117 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3118 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3119 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3120 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3121 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3122 our computation of the angle using the cross product.
3124 @smallexample
3125 @group
3126 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3127 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3128     .          1:  [7, 6, 0]
3129                    .
3131     r 1 r 2        V C  s 3  M-@key{RET}    M-2 A * /                 A I S
3132 @end group
3133 @end smallexample
3135 @noindent
3136 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3137 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3138 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3139 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3141 @c [fix-ref General Mode Commands]
3142 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3143 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3144 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3145 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3146 prefix keys have this property.)
3148 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3149 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3150 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3152 @smallexample
3153 @group
3154 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3155 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3156     .                                 .
3158     r 1 r 3            *          @key{DEL} r 2 r 3            *
3159 @end group
3160 @end smallexample
3162 @cindex Normalizing a vector
3163 @cindex Unit vectors
3164 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3165 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3166 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3167 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3169 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3170 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3171 those positions in the form of a vector, and another list of the
3172 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3173 Find the average position of the particle.
3174 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3176 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3177 @subsection Matrices
3179 @noindent
3180 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3181 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3182 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3183 both methods here:
3185 @smallexample
3186 @group
3187 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3188       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3189     .                             .
3191   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] @key{RET}
3192 @end group
3193 @end smallexample
3195 @noindent
3196 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3198 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3199 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3200 the second example.
3202 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3203 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3204 Row @expr{i}, column @expr{j} of the result is effectively the
3205 dot product of row @expr{i} of the left matrix by column @expr{j}
3206 of the right matrix.
3208 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3209 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3211 @smallexample
3212 @group
3213 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3214       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3215     .
3217     @key{RET} *
3218 @end group
3219 @end smallexample
3221 @noindent
3222 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3223 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3224 been left in symbolic form.
3226 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3228 @smallexample
3229 @group
3230 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3231       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3232 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3233       [ 2, 5 ]                                    .
3234       [ 3, 6 ] ]
3235     .
3237     U v t                   *                     U @key{TAB} *
3238 @end group
3239 @end smallexample
3241 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3242 order of the operands can even change the dimensions of the result
3243 matrix, as happened here!
3245 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3246 single row or column depending on which side of the matrix it is
3247 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3248 as a row or column as appropriate.
3250 @smallexample
3251 @group
3252 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3253       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3254 1:  [1, 2, 3]
3255     .
3257     r 4 r 1                *
3258 @end group
3259 @end smallexample
3261 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3262 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3263 vector.
3265 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3266 of the above 
3267 @texline @math{2\times3}
3268 @infoline 2x3 
3269 matrix to get @expr{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to sum along the columns
3270 to get @expr{[5, 7, 9]}. 
3271 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3273 @cindex Identity matrix
3274 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3275 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3276 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3277 the original matrix.
3279 @smallexample
3280 @group
3281 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3282       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3283     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3284                              [ 0, 1, 0 ]
3285                              [ 0, 0, 1 ] ]
3286                            .
3288     r 4                    v i 3 @key{RET}              *
3289 @end group
3290 @end smallexample
3292 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3293 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3294 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3295 inverse of a matrix.
3297 @smallexample
3298 @group
3299 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3300       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3301       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3302     .                      .
3304     r 4 r 2 |  s 5         &
3305 @end group
3306 @end smallexample
3308 @noindent
3309 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3310 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3311 our matrix to make it square.
3313 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3315 @smallexample
3316 @group
3317 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3318       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3319       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3320     .                         .
3322     M-@key{RET}  *                  U @key{TAB} *
3323 @end group
3324 @end smallexample
3326 @cindex Systems of linear equations
3327 @cindex Linear equations, systems of
3328 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3329 Suppose we had the following set of equations:
3331 @ifnottex
3332 @group
3333 @example
3334     a + 2b + 3c = 6
3335    4a + 5b + 6c = 2
3336    7a + 6b      = 3
3337 @end example
3338 @end group
3339 @end ifnottex
3340 @tex
3341 \turnoffactive
3342 \beforedisplayh
3343 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3344 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3345    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3346    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3347    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3348   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3349  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3350  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3352 \afterdisplayh
3353 @end tex
3355 @noindent
3356 This can be cast into the matrix equation,
3358 @ifnottex
3359 @group
3360 @example
3361    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3362      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3363      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3364 @end example
3365 @end group
3366 @end ifnottex
3367 @tex
3368 \turnoffactive
3369 \beforedisplay
3370 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3371    \times
3372    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3374 \afterdisplay
3375 @end tex
3377 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3378 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3380 @smallexample
3381 @group
3382 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3383 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3384       [ 4, 5, 6 ]
3385       [ 7, 6, 0 ] ]
3386     .
3388     [6,2,3] r 5            /
3389 @end group
3390 @end smallexample
3392 @noindent
3393 The result is the @expr{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3394 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3395 inverse.)
3397 Let's verify this solution:
3399 @smallexample
3400 @group
3401 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3402       [ 4, 5, 6 ]                    .
3403       [ 7, 6, 0 ] ]
3404 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3405     .
3407     r 5  @key{TAB}                         *
3408 @end group
3409 @end smallexample
3411 @noindent
3412 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3413 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3414 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3415 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3416 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3417 vectors, use explicit 
3418 @texline @math{N\times1}
3419 @infoline Nx1
3421 @texline @math{1\times N}
3422 @infoline 1xN
3423 matrices instead.  In this case, you would enter the original column
3424 vector as @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3426 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3427 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3428 system of equations to get expressions for @expr{x} and @expr{y}
3429 in terms of @expr{a} and @expr{b}.
3431 @ifnottex
3432 @group
3433 @example
3434    x + a y = 6
3435    x + b y = 10
3436 @end example
3437 @end group
3438 @end ifnottex
3439 @tex
3440 \turnoffactive
3441 \beforedisplay
3442 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3443              x &+ b y = 10}
3445 \afterdisplay
3446 @end tex
3448 @noindent
3449 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3451 @cindex Least-squares for over-determined systems
3452 @cindex Over-determined systems of equations
3453 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3454 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3455 there are no values for the variables that will satisfy all the
3456 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3457 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3458 you can't solve @expr{A X = B} directly because the matrix @expr{A}
3459 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3460 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3461 on the left by the transpose of @expr{A}:
3462 @ifnottex
3463 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3464 @end ifnottex
3465 @tex
3466 \turnoffactive
3467 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3468 @end tex
3469 Now 
3470 @texline @math{A^T A}
3471 @infoline @expr{trn(A)*A} 
3472 is a square matrix so a solution is possible.  It turns out that the
3473 @expr{X} vector you compute in this way will be a ``least-squares''
3474 solution, which can be regarded as the ``closest'' solution to the set
3475 of equations.  Use Calc to solve the following over-determined
3476 system:
3478 @ifnottex
3479 @group
3480 @example
3481     a + 2b + 3c = 6
3482    4a + 5b + 6c = 2
3483    7a + 6b      = 3
3484    2a + 4b + 6c = 11
3485 @end example
3486 @end group
3487 @end ifnottex
3488 @tex
3489 \turnoffactive
3490 \beforedisplayh
3491 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3492 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3493    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3494    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3495    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3496   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3497  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3498  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3499  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3501 \afterdisplayh
3502 @end tex
3504 @noindent
3505 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3507 @node List Tutorial,  , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3508 @subsection Vectors as Lists
3510 @noindent
3511 @cindex Lists
3512 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3513 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3514 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3515 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3516 number.
3518 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3520 @smallexample
3521 @group
3522 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3523 2:  20             .                2:  20
3524 1:  30                              1:  30
3525     .                                   .
3527                    M-3 v p              v u
3528 @end group
3529 @end smallexample
3531 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3532 of many copies of a given value:
3534 @smallexample
3535 @group
3536 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3537     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3538                         .                   .
3540     v x 4 @key{RET}           17                  v b 4 @key{RET}
3541 @end group
3542 @end smallexample
3544 You can apply an operator to every element of a vector using the
3545 @dfn{map} command.
3547 @smallexample
3548 @group
3549 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3550     .                      .                            .
3552     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3553 @end group
3554 @end smallexample
3556 @noindent
3557 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3558 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3559 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3560 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3561 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3562 of each element.
3564 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3565 from 
3566 @texline @math{2^{-4}}
3567 @infoline @expr{2^-4} 
3568 to @expr{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3570 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3571 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3572 elements in the vector:
3574 @smallexample
3575 @group
3576 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3577     .              .                           .
3579     123123         k f                         V R *
3580 @end group
3581 @end smallexample
3583 @noindent
3584 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3585 multiply those factors together again to yield the original number.
3587 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3588 reduction:
3590 @smallexample
3591 @group
3592 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3593 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3594     .
3596     r 1 r 2           V M *              V R +
3597 @end group
3598 @end smallexample
3600 @noindent
3601 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3602 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3603 for the dot product as before.
3605 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3606 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3607 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3609 @smallexample
3610 @group
3611 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3612     .                         .
3614     v x 6 @key{RET}                 V U *
3615 @end group
3616 @end smallexample
3618 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
3619 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
3620 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
3621 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
3622 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
3623 vector size).
3625 @smallexample
3626 @group
3627 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
3628     .                         .
3630     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3631 @end group
3632 @end smallexample
3634 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
3635 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
3636 ``abbreviated'' like this:
3638 @smallexample
3639 @group
3640 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
3641     .                         .
3643     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3644 @end group
3645 @end smallexample
3647 @noindent
3648 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
3649 You will find both operations are now much faster.  But notice that
3650 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
3651 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
3652 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
3653 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
3654 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
3656 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
3657 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
3658 with the full, unabbreviated value.
3660 @cindex Least-squares for fitting a straight line
3661 @cindex Fitting data to a line
3662 @cindex Line, fitting data to
3663 @cindex Data, extracting from buffers
3664 @cindex Columns of data, extracting
3665 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
3666 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
3667 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
3668 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
3669 of values in a file we have loaded into Emacs:
3671 @smallexample
3672   x        y
3673  ---      ---
3674  1.34    0.234
3675  1.41    0.298
3676  1.49    0.402
3677  1.56    0.412
3678  1.64    0.466
3679  1.73    0.473
3680  1.82    0.601
3681  1.91    0.519
3682  2.01    0.603
3683  2.11    0.637
3684  2.22    0.645
3685  2.33    0.705
3686  2.45    0.917
3687  2.58    1.009
3688  2.71    0.971
3689  2.85    1.062
3690  3.00    1.148
3691  3.15    1.157
3692  3.32    1.354
3693 @end smallexample
3695 @noindent
3696 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
3697 easiest to press @kbd{C-x * i} to enter the on-line Info version of
3698 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
3699 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
3701 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
3702 to the left of the @expr{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
3703 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-@key{SPC}}, or @kbd{NUL}.)
3704 Now position the cursor to the lower-right, just after the @expr{1.354}.
3705 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
3706 in the Info buffer, type @kbd{C-x * r}.  This command
3707 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
3708 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.
3710 @smallexample
3711 @group
3712 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
3713       [ 1.41, 0.298 ]
3714       @dots{}
3715 @end group
3716 @end smallexample
3718 @noindent
3719 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
3720 large matrix.)
3722 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
3723 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
3724 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
3725 of row vectors on the stack.
3727 @smallexample
3728 @group
3729 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3730       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3731     .                                      .
3733     v t                                    v u
3734 @end group
3735 @end smallexample
3737 @noindent
3738 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
3740 @smallexample
3741 @group
3742 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
3743     .
3745     t 2                             t 1
3746 @end group
3747 @end smallexample
3749 @noindent
3750 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
3751 stored value from the stack.)
3753 In a least squares fit, the slope @expr{m} is given by the formula
3755 @ifnottex
3756 @example
3757 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
3758 @end example
3759 @end ifnottex
3760 @tex
3761 \turnoffactive
3762 \beforedisplay
3763 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
3764         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
3765 \afterdisplay
3766 @end tex
3768 @noindent
3769 where 
3770 @texline @math{\sum x}
3771 @infoline @expr{sum(x)} 
3772 represents the sum of all the values of @expr{x}.  While there is an
3773 actual @code{sum} function in Calc, it's easier to sum a vector using a
3774 simple reduction.  First, let's compute the four different sums that
3775 this formula uses.
3777 @smallexample
3778 @group
3779 1:  41.63                 1:  98.0003
3780     .                         .
3782  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
3784 @end group
3785 @end smallexample
3786 @noindent
3787 @smallexample
3788 @group
3789 1:  13.613                1:  33.36554
3790     .                         .
3792  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
3793 @end group
3794 @end smallexample
3796 @ifnottex
3797 @noindent
3798 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
3799 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
3800 @samp{sum(x y)}.)
3801 @end ifnottex
3802 @tex
3803 \turnoffactive
3804 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
3805 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
3806 $\sum x y$.)
3807 @end tex
3809 Finally, we also need @expr{N}, the number of data points.  This is just
3810 the length of either of our lists.
3812 @smallexample
3813 @group
3814 1:  19
3815     .
3817  r 1 v l   t 7
3818 @end group
3819 @end smallexample
3821 @noindent
3822 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
3824 Now we grind through the formula:
3826 @smallexample
3827 @group
3828 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
3829     .          1:  566.70919      .
3830                    .
3832  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
3834 @end group
3835 @end smallexample
3836 @noindent
3837 @smallexample
3838 @group
3839 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
3840 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
3841     .          1:  1733.0569      .
3842                    .
3844  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
3845 @end group
3846 @end smallexample
3848 That gives us the slope @expr{m}.  The y-intercept @expr{b} can now
3849 be found with the simple formula,
3851 @ifnottex
3852 @example
3853 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
3854 @end example
3855 @end ifnottex
3856 @tex
3857 \turnoffactive
3858 \beforedisplay
3859 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
3860 \afterdisplay
3861 \vskip10pt
3862 @end tex
3864 @smallexample
3865 @group
3866 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
3867     .          1:  21.70658       .              .
3868                    .
3870    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
3871 @end group
3872 @end smallexample
3874 Let's ``plot'' this straight line approximation, 
3875 @texline @math{y \approx m x + b},
3876 @infoline @expr{m x + b}, 
3877 and compare it with the original data.
3879 @smallexample
3880 @group
3881 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
3882     .                           .
3884     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
3885 @end group
3886 @end smallexample
3888 @noindent
3889 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
3890 to a vector, can be done without mapping commands since these are
3891 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
3892 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
3894 We can subtract this vector from our original @expr{y} vector to get
3895 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
3897 @smallexample
3898 @group
3899 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
3900     .                            .                            .
3902     r 2 -                        V M A                        V R X
3903 @end group
3904 @end smallexample
3906 @noindent
3907 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
3908 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
3909 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
3910 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
3911 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
3912 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
3913 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
3914 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
3915 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
3917 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
3918 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
3919 GNUPLOT 3.0 or higher, the following instructions will work regardless
3920 of the kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
3921 may require additional steps to view the graphs.)
3923 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@var{x}'' and ``@var{y}''
3924 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
3925 command does everything you need to do for simple, straightforward
3926 plotting of data.
3928 @smallexample
3929 @group
3930 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3931 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3932     .
3934     r 1 r 2    g f
3935 @end group
3936 @end smallexample
3938 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
3939 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
3940 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
3941 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
3942 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
3943 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
3945 Next, let's add the line we got from our least-squares fit.
3946 @ifinfo
3947 (If you are reading this tutorial on-line while running Calc, typing
3948 @kbd{g a} may cause the tutorial to disappear from its window and be
3949 replaced by a buffer named @samp{*Gnuplot Commands*}.  The tutorial
3950 will reappear when you terminate GNUPLOT by typing @kbd{g q}.) 
3951 @end ifinfo
3953 @smallexample
3954 @group
3955 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3956 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
3957     .
3959     @key{DEL} r 0    g a  g p
3960 @end group
3961 @end smallexample
3963 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
3964 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
3965 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
3967 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
3968 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
3969 points are really 19 equations of the form @expr{y_i = m x_i + b} for
3970 different pairs of @expr{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
3971 to solve for @expr{m} and @expr{b}, duplicating the above result.
3972 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
3974 @cindex Geometric mean
3975 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
3976 rectangle, you can use @w{@kbd{C-x * g}} (@code{calc-grab-region})
3977 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
3978 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
3979 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
3980 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
3982 @example
3983 2.3  6  22  15.1  7
3984   15  14  7.5
3985   2.5
3986 @end example
3988 @noindent
3989 The @kbd{C-x * g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
3990 with or without surrounding vector brackets.
3991 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
3993 @ifnottex
3994 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
3995 us that the alternating sum of binomial coefficients
3996 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
3997 on up to @var{n}-choose-@var{n},
3998 always comes out to zero.  Let's verify this
3999 for @expr{n=6}.
4000 @end ifnottex
4001 @tex
4002 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4003 us that the alternating sum of binomial coefficients
4004 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
4005 always comes out to zero.  Let's verify this
4006 for \cite{n=6}.
4007 @end tex
4009 @smallexample
4010 @group
4011 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4012     .                             .
4014     v x 7 @key{RET}                     1 -
4016 @end group
4017 @end smallexample
4018 @noindent
4019 @smallexample
4020 @group
4021 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4022     .                                        .
4024     V M ' (-1)^$ choose(6,$) @key{RET}             V R +
4025 @end group
4026 @end smallexample
4028 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4029 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4030 inside this expression represents the argument to the function.
4031 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4032 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4034 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4035 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ @key{RET}} is
4036 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4037 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4038 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ @key{RET}}
4039 would act exactly like @kbd{-}.
4041 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4042 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4043 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4044 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4045 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4046 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4047 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4048 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4049 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4050 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4051 property that a nameless function is not actually evaluated until
4052 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4053 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4054 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4055 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4057 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4058 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4059 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4060 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4062 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4063 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4064 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4065 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4066 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4067 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4069 @cindex Divisor functions
4070 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @expr{k}th @dfn{divisor function}
4071 @tex
4072 $\sigma_k(n)$
4073 @end tex
4074 is the sum of the @expr{k}th powers of all the divisors of an
4075 integer @expr{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4076 function for reasonably small values of @expr{n}.  As a test,
4077 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4078 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4080 @cindex Square-free numbers
4081 @cindex Duplicate values in a list
4082 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4083 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4084 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4085 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4086 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4087 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4088 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4090 @cindex Triangular lists
4091 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4092 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4093 command to enable multi-line display of vectors.)
4095 @smallexample
4096 @group
4097 1:  [ [1],
4098       [1, 2],
4099       [1, 2, 3],
4100       [1, 2, 3, 4],
4101       [1, 2, 3, 4, 5],
4102       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4103 @end group
4104 @end smallexample
4106 @noindent
4107 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4109 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4111 @smallexample
4112 @group
4113 1:  [ [0],
4114       [1, 2],
4115       [3, 4, 5],
4116       [6, 7, 8, 9],
4117       [10, 11, 12, 13, 14],
4118       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4119 @end group
4120 @end smallexample
4122 @noindent
4123 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4125 @cindex Maximizing a function over a list of values
4126 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4127 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4128 @texline @math{J_1(x)}
4129 @infoline @expr{J1} 
4130 function @samp{besJ(1,x)} for @expr{x} from 0 to 5 in steps of 0.25.
4131 Find the value of @expr{x} (from among the above set of values) for
4132 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4133 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4134 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4135 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4136 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})
4138 @cindex Digits, vectors of
4139 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4140 @texline @math{0 \le N < 10^m}
4141 @infoline @expr{0 <= N < 10^m} 
4142 for @expr{m=12} (i.e., an integer of less than
4143 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @expr{m}
4144 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4145 add one to this integer to produce a vector of @expr{m+1} digits
4146 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4147 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4148 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4150 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4151 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4152 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4154 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4155 is @cpi{}.  The area of the 
4156 @texline @math{2\times2}
4157 @infoline 2x2
4158 square that encloses that circle is 4.  So if we throw @var{n} darts at
4159 random points in the square, about @cpiover{4} of them will land inside
4160 the circle.  This gives us an entertaining way to estimate the value of 
4161 @cpi{}.  The @w{@kbd{k r}}
4162 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4163 We could get a random floating-point number between @mathit{-1} and 1 by typing
4164 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @expr{(x,y)} points in
4165 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4166 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4167 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4169 @cindex Matchstick problem
4170 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4171 another way to calculate @cpi{}.  Say you have an infinite field
4172 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4173 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4174 a line turns out to be 
4175 @texline @math{2/\pi}.
4176 @infoline @expr{2/pi}.  
4177 Toss 100 matchsticks to estimate @cpi{}.  (If you want still more fun,
4178 the probability that the GCD (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is
4179 one turns out to be 
4180 @texline @math{6/\pi^2}.
4181 @infoline @expr{6/pi^2}.
4182 That provides yet another way to estimate @cpi{}.)
4183 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4185 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4186 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4187 (ASCII) codes of the characters (here, @expr{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4188 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4189 which is just an integer that represents the value of that string.
4190 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4191 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4192 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4193 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4194 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4195 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4196 One popular hash function is computed as follows:  First set @expr{h = 0}.
4197 Then, for each character from the string in turn, set @expr{h = 3h + c_i}
4198 where @expr{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4199 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4200 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4201 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4202 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4204 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4205 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4206 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4207 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4208 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4209 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4210 @expr{(0,0)}; then take one step a random distance between @mathit{-1} and 1
4211 in both @expr{x} and @expr{y}; then take another step, and so on.  Use the
4212 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4213 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4214 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4215 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4217 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4218 @section Types Tutorial
4220 @noindent
4221 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4222 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4224 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4225 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4226 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4227 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4228 which can exactly represent any rational number.
4230 @smallexample
4231 @group
4232 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4233     .          1:  49             .              .              .
4234                    .
4236     10 !           49 @key{RET}         :              2 +            &
4237 @end group
4238 @end smallexample
4240 @noindent
4241 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4242 would normally divide integers to get a floating-point result.
4243 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4244 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4245 fraction beginning with 49.
4247 You can convert between floating-point and fractional format using
4248 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4250 @smallexample
4251 @group
4252 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4253     .                       .
4255     c f                     c F
4256 @end group
4257 @end smallexample
4259 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4260 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4261 same, to within the current precision.
4263 @smallexample
4264 @group
4265 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4266     .                   .                    .            .
4268     P                   c F      @key{DEL}       p 5 @key{RET} P      c F
4269 @end group
4270 @end smallexample
4272 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4273 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4274 product of @cpi{} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4275 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4277 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4279 @smallexample
4280 @group
4281 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4282     .          .             .              .              .
4284     9 n        Q             c p            2 *            Q
4285 @end group
4286 @end smallexample
4288 @noindent
4289 The square root of @mathit{-9} is by default rendered in rectangular form
4290 (@w{@expr{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4291 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4292 operations are defined on both types of complex numbers.
4294 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4295 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4296 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4297 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4298 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4299 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4300 algebraic entry.
4302 @smallexample
4303 @group
4304 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4305 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4306     .              .              .              .
4308 ' inf @key{RET} 17 n     *  @key{RET}         72 +           A              +
4309 @end group
4310 @end smallexample
4312 @noindent
4313 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4314 number (like @mathit{-17}) has no effect, except that since @mathit{-17}
4315 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4316 (``A huge positive number, multiplied by @mathit{-17}, yields a huge
4317 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4318 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4319 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4320 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4321 the answer to be @mathit{-72} for this.  But the 72 has been completely
4322 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4323 the finite difference between them, if any, is undetectable.
4324 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4325 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4327 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4328 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4329 to turn on Infinite mode.
4331 @smallexample
4332 @group
4333 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4334 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4335 1:  0              .              .              .
4336     .
4338   1 @key{RET} 0          /       m i    U /            17 n *         +
4339 @end group
4340 @end smallexample
4342 @noindent
4343 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4344 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4345 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4346 @expr{1 / x} around @w{@expr{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4347 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4348 infinity as you approach from below.  Since we said only @expr{1 / 0},
4349 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4350 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4351 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4352 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4353 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4354 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4355 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4356 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4357 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4358 that matter, with anything else.
4360 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4361 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4362 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4363 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4364 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4366 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4367 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4368 a complex number?  Can it stand for infinity?
4369 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4371 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4372 seconds.
4374 @smallexample
4375 @group
4376 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4377     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4378                                         .
4380   2@@ 30' @key{RET}          1 +               @key{RET} 2 /           /
4381 @end group
4382 @end smallexample
4384 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4385 seconds.
4387 @smallexample
4388 @group
4389 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4390     .              .              .                     .
4392     0.5            I T            c h                   S
4393 @end group
4394 @end smallexample
4396 @noindent
4397 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4398 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4399 functions will accept HMS forms directly as input.
4401 @cindex Beatles
4402 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4403 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4404 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4405 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4406 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4408 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4409 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4410 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4412 @smallexample
4413 @group
4414 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4415 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4416     .
4418 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> @key{RET}           -
4419 @end group
4420 @end smallexample
4422 @noindent
4423 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4424 number of days between them.  It is also possible to add an
4425 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4426 date form.
4428 @smallexample
4429 @group
4430 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4431     .                                    .
4433     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4434 @end group
4435 @end smallexample
4437 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4438 @noindent
4439 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4440 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4441 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4442 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4443 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4444 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4446 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4447 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4449 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4450 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4452 @cindex Slope and angle of a line
4453 @cindex Angle and slope of a line
4454 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4455 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4456 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4457 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4458 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4459 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4461 @smallexample
4462 @group
4463 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4464     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4465                      .
4467     8 p .2 @key{RET}       30 p 1          /                     I T
4468 @end group
4469 @end smallexample
4471 @noindent
4472 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4473 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4474 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4476 @cindex Torus, volume of
4477 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4478 @texline @math{2 \pi^2 R r^2}
4479 @infoline @w{@expr{2 pi^2 R r^2}} 
4480 where @expr{R} is the radius of the circle that
4481 defines the center of the tube and @expr{r} is the radius of the tube
4482 itself.  Suppose @expr{R} is 20 cm and @expr{r} is 4 cm, each known to
4483 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4484 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4486 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4487 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4488 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4489 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4490 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4492 @smallexample
4493 @group
4494 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4495     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4496                       .
4498   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4499 @end group
4500 @end smallexample
4502 @noindent
4503 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4504 is sure to lie in the range shown.
4506 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4507 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4508 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4509 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4510 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4511 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4512 the other.
4514 @smallexample
4515 @group
4516 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4517     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4518                                       .
4520   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4521 @end group
4522 @end smallexample
4524 @noindent
4525 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4526 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4527 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4528 or both endpoints.
4530 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4531 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4532 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4533 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4534 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4536 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4537 are @kbd{@key{RET} *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4538 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4539 If not, which of these will result in a larger interval?
4540 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4542 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @var{m}.
4543 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4544 or 24 hours.
4546 @smallexample
4547 @group
4548 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4549     .                .                .                .
4551     17 M 24 @key{RET}      10 +             n                5 /
4552 @end group
4553 @end smallexample
4555 @noindent
4556 In this last step, Calc has divided by 5 modulo 24; i.e., it has found a
4557 new number which, when multiplied by 5 modulo 24, produces the original
4558 number, 21.  If @var{m} is prime and the divisor is not a multiple of
4559 @var{m}, it is always possible to find such a number.  For non-prime
4560 @var{m} like 24, it is only sometimes possible. 
4562 @smallexample
4563 @group
4564 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4565     .                .                .                .
4567     10 M 24 @key{RET}      100 ^            10 @key{RET} 100 ^     24 %
4568 @end group
4569 @end smallexample
4571 @noindent
4572 These two calculations get the same answer, but the first one is
4573 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4574 that arises in the second one.
4576 @cindex Fermat, primality test of
4577 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4578 says that 
4579 @texline @w{@math{x^{n-1} \bmod n = 1}}
4580 @infoline @expr{x^(n-1) mod n = 1}
4581 if @expr{n} is a prime number and @expr{x} is an integer less than
4582 @expr{n}.  If @expr{n} is @emph{not} a prime number, this will
4583 @emph{not} be true for most values of @expr{x}.  Thus we can test
4584 informally if a number is prime by trying this formula for several
4585 values of @expr{x}.  Use this test to tell whether the following numbers
4586 are prime: 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4588 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4589 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4590 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4591 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4593 @smallexample
4594 @group
4595 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4596     .                                 .
4598     x time @key{RET}                        n
4599 @end group
4600 @end smallexample
4602 @noindent
4603 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4605 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4606 is about 
4607 @texline @math{\pi \times 10^7}
4608 @infoline @w{@expr{pi * 10^7}} 
4609 seconds.  What time will it be that many seconds from right now?
4610 @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4612 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
4613 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
4614 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
4615 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
4616 of music.  Should you order single or double packages?
4617 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
4619 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
4620 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
4621 application of algebraic expressions, where we use variables with
4622 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
4623 like centimeters and inches.
4625 @smallexample
4626 @group
4627 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
4628     .               .                .                   .
4630     ' 2in @key{RET}       u c cm @key{RET}       u c fath @key{RET}        u b
4631 @end group
4632 @end smallexample
4634 @noindent
4635 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
4636 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
4637 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
4638 which in this case means meters.
4640 @smallexample
4641 @group
4642 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
4643     .              .                  .              .
4645  ' 9 acre @key{RET}      Q                  u s            ' $+30 cm @key{RET}
4647 @end group
4648 @end smallexample
4649 @noindent
4650 @smallexample
4651 @group
4652 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
4653     .                .                     .
4655     u s              2 ^                   u c cgs
4656 @end group
4657 @end smallexample
4659 @noindent
4660 Since units expressions are really just formulas, taking the square
4661 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
4662 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
4663 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
4664 being interpreted as unit names.
4666 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
4667 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
4668 as its standard unit of length.
4670 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
4672 @smallexample
4673 @group
4674 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
4675     .              .                  .                     .
4677  ' 55 mph @key{RET}      u c kph @key{RET}        u c km/hr @key{RET}         u c c @key{RET}
4678 @end group
4679 @end smallexample
4681 @noindent
4682 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
4683 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
4684 finally in terms of fractions of the speed of light.
4686 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
4687 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
4688 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
4689 units there is no difference, but temperature units have an offset
4690 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
4691 for them.
4693 @smallexample
4694 @group
4695 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -20:3 degC    1:  -6.666 degC
4696     .                 .                    .                 .
4698   ' 20 degF @key{RET}       u c degC @key{RET}         U u t degC @key{RET}    c f
4699 @end group
4700 @end smallexample
4702 @noindent
4703 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
4704 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
4705 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.  Since
4706 this comes out as an exact fraction, we then convert to floating-point
4707 for easier comparison with the other result.
4709 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
4710 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
4711 When you use this method, you're responsible for remembering which
4712 numbers are in which units:
4714 @smallexample
4715 @group
4716 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
4717     .              .                        .
4719     55             u c mph @key{RET} kph @key{RET}      u c km/hr @key{RET} c @key{RET}
4720 @end group
4721 @end smallexample
4723 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
4724 @w{@kbd{C-x * c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
4725 at the units table.
4727 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
4728 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
4730 @cindex Speed of light
4731 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
4732 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
4733 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
4734 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
4735 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
4737 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
4738 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
4739 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
4740 swallow and still travel legally on most US highways?
4741 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
4743 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
4744 @section Algebra and Calculus Tutorial
4746 @noindent
4747 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
4748 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
4749 formulas.
4751 @menu
4752 * Basic Algebra Tutorial::
4753 * Rewrites Tutorial::
4754 @end menu
4756 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
4757 @subsection Basic Algebra
4759 @noindent
4760 If you enter a formula in Algebraic mode that refers to variables,
4761 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
4762 formulas as regular data objects.
4764 @smallexample
4765 @group
4766 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (6 - 2 x^2) (3 x^2 + y)
4767     .                   .                   .
4769     ' 2x^2-6 @key{RET}        n                   ' 3x^2+y @key{RET} *
4770 @end group
4771 @end smallexample
4773 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x @key{RET} Q 2 ^} and
4774 @kbd{' x @key{RET} 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
4775 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
4777 There are also commands for doing common algebraic operations on
4778 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
4780 @smallexample
4781 @group
4782 1:  18 x^2 + 6 y - 6 x^4 - 2 x^2 y    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
4783     .                                     .
4785     a x                                   a c x @key{RET}
4786 @end group
4787 @end smallexample
4789 @noindent
4790 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
4791 terms involving like powers of @expr{x}.
4793 Let's find the value of this expression when @expr{x} is 2 and @expr{y}
4794 is one-half.
4796 @smallexample
4797 @group
4798 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
4799     .                           .
4801     1:2 s l y @key{RET}               2 s l x @key{RET}
4802 @end group
4803 @end smallexample
4805 @noindent
4806 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
4807 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
4808 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
4809 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
4810 back to its original value, if any.
4812 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
4813 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
4814 unstore it with @kbd{s u x @key{RET}} before the above example will work
4815 properly.)
4817 @cindex Maximum of a function using Calculus
4818 Let's find the maximum value of our original expression when @expr{y}
4819 is one-half and @expr{x} ranges over all possible values.  We can
4820 do this by taking the derivative with respect to @expr{x} and examining
4821 values of @expr{x} for which the derivative is zero.  If the second
4822 derivative of the function at that value of @expr{x} is negative,
4823 the function has a local maximum there.
4825 @smallexample
4826 @group
4827 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
4828     .                           .
4830     U @key{DEL}  s 1                  a d x @key{RET}   s 2
4831 @end group
4832 @end smallexample
4834 @noindent
4835 Well, the derivative is clearly zero when @expr{x} is zero.  To find
4836 the other root(s), let's divide through by @expr{x} and then solve:
4838 @smallexample
4839 @group
4840 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 x / x - 24 x^3 / x    1:  34 - 24 x^2
4841     .                          .                            .
4843     ' x @key{RET} /                  a x                          a s
4845 @end group
4846 @end smallexample
4847 @noindent
4848 @smallexample
4849 @group
4850 1:  34 - 24 x^2 = 0        1:  x = 1.19023
4851     .                          .
4853     0 a =  s 3                 a S x @key{RET}
4854 @end group
4855 @end smallexample
4857 @noindent
4858 Notice the use of @kbd{a s} to ``simplify'' the formula.  When the
4859 default algebraic simplifications don't do enough, you can use
4860 @kbd{a s} to tell Calc to spend more time on the job.
4862 Now we compute the second derivative and plug in our values of @expr{x}:
4864 @smallexample
4865 @group
4866 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
4867     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
4868                        .                   .
4870     a .                r 2                 a d x @key{RET} s 4
4871 @end group
4872 @end smallexample
4874 @noindent
4875 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
4876 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
4877 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 @key{DEL}}
4878 to delete the @samp{x}.)
4880 @smallexample
4881 @group
4882 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
4883 1:  1.19023           .            1:  0                   .
4884     .                                  .
4886     @key{TAB}               s l x @key{RET}        U @key{DEL} 0             s l x @key{RET}
4887 @end group
4888 @end smallexample
4890 @noindent
4891 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
4892 has a maximum value at @expr{x = 1.19023}.  (The function also has a
4893 local @emph{minimum} at @expr{x = 0}.)
4895 When we solved for @expr{x}, we got only one value even though
4896 @expr{34 - 24 x^2 = 0} is a quadratic equation that ought to have
4897 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
4898 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
4899 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @expr{+}.
4900 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
4901 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
4903 @smallexample
4904 @group
4905 1:  34 - 24 x^2 = 0    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
4906     .                      .                       .
4908     r 3                    H a S x @key{RET}  s 5        1 n  s l s1 @key{RET}
4909 @end group
4910 @end smallexample
4912 @noindent
4913 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
4914 it is supposed to be either @mathit{+1} or @mathit{-1}.  Here we have used
4915 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
4916 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
4917 negative, answer, so @expr{x = -1.19023} is also a maximum.
4919 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @expr{x}
4920 into the original formula.
4922 @smallexample
4923 @group
4924 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
4925 1:  x = 1.19023 s1            .
4926     .
4928     r 1 r 5                   s l @key{RET}
4929 @end group
4930 @end smallexample
4932 @noindent
4933 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
4934 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
4935 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
4937 It's clear that this will have the same value for either sign of
4938 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
4940 @smallexample
4941 @group
4942 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
4943 1:  24.08333 s1^2 ...        .
4944     .
4946   [ 1 n , 1 ] @key{TAB}            V M $ @key{RET}
4947 @end group
4948 @end smallexample
4950 @noindent
4951 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
4952 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
4953 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
4954 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
4955 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
4956 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
4957 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
4958 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
4959 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
4960 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
4962 If there had been several different values, we could have used
4963 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
4965 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
4966 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
4967 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
4968 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
4969 @expr{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
4970 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
4971 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
4972 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
4974 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
4975 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
4976 sequence of commands would you use to reconstruct the original
4977 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
4978 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
4979 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
4981 The @kbd{m s} command enables Symbolic mode, in which formulas
4982 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
4983 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
4984 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
4986 @smallexample
4987 @group
4988 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
4989 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
4990     .                        .
4992     r 2  @key{RET}     m s  m f    a P x @key{RET}
4993 @end group
4994 @end smallexample
4996 One more mode that makes reading formulas easier is Big mode.
4998 @smallexample
4999 @group
5000                3
5001 2:  34 x - 24 x
5003       ____   ____
5004      V 51   V 51
5005 1:  [-----, -----, 0]
5006        6     -6
5008     .
5010     d B
5011 @end group
5012 @end smallexample
5014 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5015 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5016 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, @TeX{} mode
5017 and La@TeX{} mode.
5019 @smallexample
5020 @group
5021 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5022 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5023     .                                     .
5025     d C                                   d F
5027 @end group
5028 @end smallexample
5029 @noindent
5030 @smallexample
5031 @group
5032 3:  34 x - 24 x^3
5033 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5034 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5035     .
5037     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 @key{RET}
5038 @end group
5039 @end smallexample
5041 @noindent
5042 As you can see, language modes affect both entry and display of
5043 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5044 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5045 and notations for vectors and matrices.
5047 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5048 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5049 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5050 produced by the various language modes to make sure they are fully
5051 correct.
5053 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5054 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5055 are shown in normal mode.)
5057 @cindex Area under a curve
5058 What is the area under the portion of this curve from @expr{x = 1} to @expr{2}?
5059 This is simply the integral of the function:
5061 @smallexample
5062 @group
5063 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5064     .                          .
5066     r 1                        a i x
5067 @end group
5068 @end smallexample
5070 @noindent
5071 We want to evaluate this at our two values for @expr{x} and subtract.
5072 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5074 @smallexample
5075 @group
5076 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5077 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5079    [ 2 , 1 ] @key{TAB}          V M $ @key{RET}                  V R -
5080 @end group
5081 @end smallexample
5083 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @expr{y}
5084 of 
5085 @texline @math{x \sin \pi x}
5086 @infoline @w{@expr{x sin(pi x)}} 
5087 (where the sine is calculated in radians).  Find the values of the
5088 integral for integers @expr{y} from 1 to 5.  @xref{Algebra Answer 3,
5089 3}. (@bullet{})
5091 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5092 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5093 under the curve 
5094 @texline @math{\sin x \ln x}
5095 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5096 over the same range of @expr{x}.  If you entered this formula and typed
5097 @kbd{a i x @key{RET}} (don't bother to try this), Calc would work for a
5098 long time but would be unable to find a solution.  In fact, there is no
5099 closed-form solution to this integral.  Now what do we do?
5101 @cindex Integration, numerical
5102 @cindex Numerical integration
5103 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5104 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5105 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5106 We can save some time by reducing the working precision.
5108 @smallexample
5109 @group
5110 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5111 2:  1                       .
5112 1:  0.1
5113     .
5115  10 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}        C-u v x
5116 @end group
5117 @end smallexample
5119 @noindent
5120 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5121 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 @key{RET} 9 + .1 *}.)
5123 @smallexample
5124 @group
5125 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5126 1:  sin(x) ln(x)                    .
5127     .
5129     ' sin(x) ln(x) @key{RET}  s 1    m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
5131 @end group
5132 @end smallexample
5133 @noindent
5134 @smallexample
5135 @group
5136 1:  3.4195     0.34195
5137     .          .
5139     V R +      0.1 *
5140 @end group
5141 @end smallexample
5143 @noindent
5144 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5145 to Radians mode?)
5147 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5148 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5149 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5150 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5151 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5152 is the same for every box.)
5154 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5155 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5157 @smallexample
5158 @group
5159 1:  sin(x) ln(x)    1:  0.84147 x - 0.84147 + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5160     .                   .
5162     r 1                 a t x=1 @key{RET} 4 @key{RET}
5163 @end group
5164 @end smallexample
5166 @noindent
5167 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5168 about the point @expr{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5169 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5171 @smallexample
5172 @group
5173 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5174     .                        .                            .
5176     a i x @key{RET}            [ 2 , 1 ] @key{TAB}  V M $ @key{RET}         V R -
5177 @end group
5178 @end smallexample
5180 @noindent
5181 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5182 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5183 (Taylor series converge better away from singularities in the
5184 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5185 expand the series about the points @expr{x=2} or @expr{x=1.5} instead
5186 of @expr{x=1}.)
5188 @cindex Simpson's rule
5189 @cindex Integration by Simpson's rule
5190 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5191 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5192 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5193 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5194 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5195 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5196 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5197 down to the formula,
5199 @ifnottex
5200 @example
5201 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5202               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5203 @end example
5204 @end ifnottex
5205 @tex
5206 \turnoffactive
5207 \beforedisplay
5208 $$ \displaylines{
5209       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5210    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5211 } $$
5212 \afterdisplay
5213 @end tex
5215 @noindent
5216 where @expr{n} (which must be even) is the number of slices and @expr{h}
5217 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5218 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5219 method:
5221 @ifnottex
5222 @example
5223 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5224           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5225 @end example
5226 @end ifnottex
5227 @tex
5228 \turnoffactive
5229 \beforedisplay
5230 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5231            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5232 \afterdisplay
5233 @end tex
5235 Compute the integral from 1 to 2 of 
5236 @texline @math{\sin x \ln x}
5237 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5238 using Simpson's rule with 10 slices.  
5239 @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5241 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5242 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5243 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5244 result until the current precision is satisfied.
5246 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5247 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5248 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5249 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5250 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5251 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5252 details and examples.
5254 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5255 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5257 @node Rewrites Tutorial,  , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5258 @subsection Rewrite Rules
5260 @noindent
5261 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5262 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5263 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5264 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5266 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5268 @smallexample
5269 @group
5270 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)
5271     .
5273     ' 1/cos(x) - sin(x) tan(x) @key{RET}   s 1
5274 @end group
5275 @end smallexample
5277 @noindent
5278 If we were simplifying this by hand, we'd probably replace the
5279 @samp{tan} with a @samp{sin/cos} first, then combine over a common
5280 denominator.  There is no Calc command to do the former; the @kbd{a n}
5281 algebra command will do the latter but we'll do both with rewrite
5282 rules just for practice.
5284 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5286 @smallexample
5287 @group
5288 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)
5289     .
5291     a r tan(a) := sin(a)/cos(a) @key{RET}
5292 @end group
5293 @end smallexample
5295 @noindent
5296 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5297 by itself the formula @samp{tan(a) := sin(a)/cos(a)} doesn't do anything,
5298 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5299 it as a rewrite rule.)
5301 The lefthand side, @samp{tan(a)}, is called the @dfn{pattern} of the
5302 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5303 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5304 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5305 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5306 the actual variable @samp{x}.
5308 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5309 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5310 substituted with the things they matched.  So the result is
5311 @samp{sin(x) / cos(x)}.  Calc's normal algebraic simplifications then
5312 mix this in with the rest of the original formula.
5314 To merge over a common denominator, we can use another simple rule:
5316 @smallexample
5317 @group
5318 1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5319     .
5321     a r a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}
5322 @end group
5323 @end smallexample
5325 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5326 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5327 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5328 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5329 denominators.
5331 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5332 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5333 the subformula @samp{cos(x)}; Calc never confuses the two meanings of
5334 @samp{x}.
5336 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5337 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5338 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5339 @samp{a = 1}, @samp{b = -sin(x)^2}, and @samp{x = cos(x)}.
5341 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5342 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5343 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5344 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5345 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5346 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5348 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5349 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}, but of course we must first rearrange
5350 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5351 would be @samp{@w{1 - sin(x)^2} := cos(x)^2}, but a little thought shows
5352 that the rule @samp{sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2} will also work.  The
5353 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5354 situations, too.
5356 @smallexample
5357 @group
5358 1:  (1 + cos(x)^2 - 1) / cos(x)           1:  cos(x)
5359     .                                         .
5361     a r sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}          a s
5362 @end group
5363 @end smallexample
5365 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5366 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5367 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5368 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5369 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5370 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5371 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5372 having to retype it.
5374 @smallexample
5375 @group
5376 ' tan(x) := sin(x)/cos(x) @key{RET}      s t tsc @key{RET}
5377 ' a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}         s t merge @key{RET}
5378 ' sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}     s t sinsqr @key{RET}
5380 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)     1:  cos(x)
5381     .                                  .
5383     r 1                a r tsc @key{RET}  a r merge @key{RET}  a r sinsqr @key{RET}  a s
5384 @end group
5385 @end smallexample
5387 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5388 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{C-c C-c} to store
5389 the edited value back into the variable. 
5390 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5392 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5393 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5394 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5395 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5396 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5397 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5398 another good reason to store your rules in variables rather than
5399 entering them on the fly.
5401 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get Symbolic
5402 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5403 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying the top and
5404 bottom by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5405 to be expanded by the distributive law; do this with another
5406 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5408 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5409 a variable containing a vector of rules.
5411 @smallexample
5412 @group
5413 1:  [tsc, merge, sinsqr]          1:  [tan(x) := sin(x) / cos(x), ... ]
5414     .                                 .
5416     ' [tsc,merge,sinsqr] @key{RET}          =
5418 @end group
5419 @end smallexample
5420 @noindent
5421 @smallexample
5422 @group
5423 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)    1:  cos(x)
5424     .                                 .
5426     s t trig @key{RET}  r 1                 a r trig @key{RET}  a s
5427 @end group
5428 @end smallexample
5430 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5431 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5432 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5433 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5434 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5435 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5437 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5438 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5439 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5440 only one rewrite at a time.
5442 @smallexample
5443 @group
5444 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)    1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5445     .                                     .
5447     r 1  M-1 a r trig @key{RET}                 M-1 a r trig @key{RET}
5448 @end group
5449 @end smallexample
5451 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5452 of rewrites that occur.
5454 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5455 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5457 @smallexample
5458 @group
5459 1:  exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i)
5460     .
5462     ' exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i) @key{RET}
5464 @end group
5465 @end smallexample
5466 @noindent
5467 @smallexample
5468 @group
5469 1:  1 + exp(3 pi i) + 1
5470     .
5472     a r exp(k pi i) := 1 :: k % 2 = 0 @key{RET}
5473 @end group
5474 @end smallexample
5476 @noindent
5477 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5478 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5480 An interesting point is that the variables @samp{pi} and @samp{i}
5481 were matched literally rather than acting as meta-variables.
5482 This is because they are special-constant variables.  The special
5483 constants @samp{e}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5484 A common error with rewrite
5485 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5486 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5487 only when the fifth argument is literally @samp{e}!
5489 @cindex Fibonacci numbers
5490 @ignore
5491 @starindex
5492 @end ignore
5493 @tindex fib
5494 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5495 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5496 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5497 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5498 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5500 @smallexample
5501 @group
5502 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] @key{RET}  s t fib
5504 1:  fib(7)               1:  13
5505     .                        .
5507     ' fib(7) @key{RET}             a r fib @key{RET}
5508 @end group
5509 @end smallexample
5511 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5512 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5513 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5514 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5515 be used preferentially.
5517 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5518 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5519 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5520 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5521 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5522 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5523 @w{@kbd{s e fib @key{RET}}}, then edit the third rule to:
5525 @smallexample
5526 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5527 @end smallexample
5529 @noindent
5530 Now:
5532 @smallexample
5533 @group
5534 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  8 + fib(x) + fib(0)
5535     .                                 .
5537     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) @key{RET}        a r fib @key{RET}
5538 @end group
5539 @end smallexample
5541 @noindent
5542 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5543 @w{@kbd{a r fib @key{RET}}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5544 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5545 apply these rules automatically by storing them in the special
5546 variable @code{EvalRules}.
5548 @smallexample
5549 @group
5550 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5551     .                                       .
5553     s r fib @key{RET}        s t EvalRules @key{RET}    ' [fib(6), fib(7)] @key{RET}
5554 @end group
5555 @end smallexample
5557 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5558 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5559 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5561 @smallexample
5562 @group
5563 fib(6) =
5564 fib(5)              +               fib(4) =
5565 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5566 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5567 @end group
5568 @end smallexample
5570 @noindent
5571 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5572 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5573 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5574 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5575 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5576 @code{EvalRules}) and add another condition:
5578 @smallexample
5579 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5580 @end smallexample
5582 @noindent
5583 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5584 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5585 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5586 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5587 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5588 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5590 Type @kbd{' fib(8) @key{RET}} to compute the eighth Fibonacci number, then
5591 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5593 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5594 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5595 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5596 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5597 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5599 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5600 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules @key{RET}} now to
5601 un-store the variable.
5603 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5604 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5605 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5606 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5607 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5608 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5609 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5610 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5611 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
5613 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
5614 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
5615 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
5616 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
5618 @example
5619 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
5620 @end example
5622 @noindent
5623 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
5624 to 1.''
5626 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
5627 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
5628 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
5629 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
5630 and one for @samp{b}.
5632 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
5633 on the stack and tried to use the rule
5634 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
5635 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
5637 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @expr{a},
5638 divide @expr{a} by two if it is even, otherwise compute @expr{3 a + 1}.
5639 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
5640 is that for any starting @expr{a}, the sequence always eventually
5641 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
5642 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
5643 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
5644 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
5645 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
5646 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
5647 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
5648 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
5649 vector @expr{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
5650 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
5652 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
5653 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
5654 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
5655 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
5656 so that @expr{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
5657 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
5659 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  A Taylor series for a function is an
5660 infinite series that exactly equals the value of that function at
5661 values of @expr{x} near zero.
5663 @ifnottex
5664 @example
5665 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
5666 @end example
5667 @end ifnottex
5668 @tex
5669 \turnoffactive
5670 \beforedisplay
5671 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
5672 \afterdisplay
5673 @end tex
5675 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
5676 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @expr{x^2}.
5677 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @expr{x}.
5678 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
5679 that records what was the lowest term that was truncated.
5681 @ifnottex
5682 @example
5683 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
5684 @end example
5685 @end ifnottex
5686 @tex
5687 \turnoffactive
5688 \beforedisplay
5689 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
5690 \afterdisplay
5691 @end tex
5693 @noindent
5694 The meaning of @expr{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
5695 if @expr{x^3} is considered negligibly small as @expr{x} goes to zero.''
5697 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
5698 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
5699 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
5700 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
5701 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
5702 rearranged or if @kbd{a s} needs to be typed after rewriting.  (This one
5703 is rather tricky; the solution at the end of this chapter uses 6 rewrite
5704 rules.  Hint:  The @samp{constant(x)} condition tests whether @samp{x} is
5705 a number.)  @xref{Rewrites Answer 6, 6}. (@bullet{})
5707 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
5708 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
5709 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
5711 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
5713 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
5714 @section Programming Tutorial
5716 @noindent
5717 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
5718 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
5719 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
5720 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
5721 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
5722 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
5724 One very limited form of programming is defining your own functions.
5725 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
5726 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
5727 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
5728 case @kbd{z} prefix.
5730 @smallexample
5731 @group
5732 1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6         1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6
5733     .                                     .
5735     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! @key{RET}         Z F e myexp @key{RET} @key{RET} @key{RET} y
5736 @end group
5737 @end smallexample
5739 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
5740 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
5741 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
5742 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
5743 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
5744 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
5745 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
5746 arguments?''
5748 @smallexample
5749 @group
5750 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
5751     .          1:  1.34986    2:  1.34986
5752                    .          1:  myexp(a + 1)
5753                                   .
5755     .3 z e         .3 E           ' a+1 @key{RET} z e
5756 @end group
5757 @end smallexample
5759 @noindent
5760 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
5761 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
5762 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
5763 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
5764 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
5765 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
5766 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
5768 @cindex Sine integral Si(x)
5769 @ignore
5770 @starindex
5771 @end ignore
5772 @tindex Si
5773 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
5774 @texline @math{{\rm Si}(x)}
5775 @infoline @expr{Si(x)} 
5776 is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
5777 @expr{t = 0} to @expr{x} in radians.  (It was invented because this
5778 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
5779 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
5780 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
5781 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
5782 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
5783 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
5784 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
5785 0.946083. (If you don't get this answer, you might want to check that
5786 Calc is in Radians mode.  Also, @code{ninteg} will run a lot faster if
5787 you reduce the precision to, say, six digits beforehand.)
5788 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
5790 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
5791 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
5792 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
5793 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
5794 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
5796 @smallexample
5797 @group
5798 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
5799     .                        .
5801     ' y=sqrt(x) @key{RET}       C-x ( H a S x @key{RET} C-x )
5803 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 pi n1
5804     .                        .
5806     ' y=cos(x) @key{RET}           X
5807 @end group
5808 @end smallexample
5810 @noindent
5811 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
5812 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
5813 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
5814 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
5815 re-execute the same keystrokes.
5817 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
5819 @smallexample
5820 @group
5821 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
5822                        .                   .
5824   Z K x @key{RET}            ' y=x^4 @key{RET}         z x
5825 @end group
5826 @end smallexample
5828 @noindent
5829 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
5830 @kbd{z} to call it up.
5832 Keyboard macros can call other macros.
5834 @smallexample
5835 @group
5836 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
5837     .                 .                           .            .
5839  ' abs(x) @key{RET}   C-x ( ' y @key{RET} a = z x C-x )    ' 2/x @key{RET}       X
5840 @end group
5841 @end smallexample
5843 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
5844 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
5845 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
5847 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
5848 the following functions:
5850 @enumerate
5851 @item
5852 Compute 
5853 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}},
5854 @infoline @expr{sin(x) / x}, 
5855 where @expr{x} is the number on the top of the stack.
5857 @item
5858 Compute the base-@expr{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
5859 the arguments are taken in the opposite order.
5861 @item
5862 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
5863 the stack.
5864 @end enumerate
5865 @noindent
5866 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
5868 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
5869 the average (mean) value of a list of numbers.
5870 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
5872 In many programs, some of the steps must execute several times.
5873 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
5874 inside keyboard macros, but actually work at any time.
5876 @smallexample
5877 @group
5878 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
5879     .            1:  4             .
5880                      .
5882   ' x^6 @key{RET}          4         Z < a d x @key{RET} Z >
5883 @end group
5884 @end smallexample
5886 @noindent
5887 Here we have computed the fourth derivative of @expr{x^6} by
5888 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
5889 This structure pops a repeat count from the stack, then
5890 executes the body of the loop that many times.
5892 If you make a mistake while entering the body of the loop,
5893 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
5895 @cindex Fibonacci numbers
5896 Here's another example:
5898 @smallexample
5899 @group
5900 3:  1               2:  10946
5901 2:  1               1:  17711
5902 1:  20                  .
5903     .
5905 1 @key{RET} @key{RET} 20       Z < @key{TAB} C-j + Z >
5906 @end group
5907 @end smallexample
5909 @noindent
5910 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
5911 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
5912 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
5913 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
5915 @cindex Golden ratio
5916 @cindex Phi, golden ratio
5917 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @expr{n}th
5918 Fibonacci number can be found directly by computing 
5919 @texline @math{\phi^n / \sqrt{5}}
5920 @infoline @expr{phi^n / sqrt(5)}
5921 and then rounding to the nearest integer, where 
5922 @texline @math{\phi} (``phi''),
5923 @infoline @expr{phi}, 
5924 the ``golden ratio,'' is 
5925 @texline @math{(1 + \sqrt{5}) / 2}.
5926 @infoline @expr{(1 + sqrt(5)) / 2}. 
5927 (For convenience, this constant is available from the @code{phi}
5928 variable, or the @kbd{I H P} command.)
5930 @smallexample
5931 @group
5932 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
5933     .                   .                    .                    .
5935     I H P               21 ^                 5 Q /                R
5936 @end group
5937 @end smallexample
5939 @cindex Continued fractions
5940 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
5941 representation of 
5942 @texline @math{\phi}
5943 @infoline @expr{phi} 
5944 is 
5945 @texline @math{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))}.
5946 @infoline @expr{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
5947 We can compute an approximate value by carrying this however far
5948 and then replacing the innermost 
5949 @texline @math{1/( \ldots )}
5950 @infoline @expr{1/( ...@: )} 
5951 by 1.  Approximate
5952 @texline @math{\phi}
5953 @infoline @expr{phi} 
5954 using a twenty-term continued fraction.
5955 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
5957 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
5958 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
5959 vector @w{@expr{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
5960 vector, produces the vector @expr{[b, c]}, where @expr{a}, @expr{b} and
5961 @expr{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
5962 that, given an integer @expr{n}, computes the @expr{n}th Fibonacci number
5963 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
5965 @cindex Harmonic numbers
5966 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
5967 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
5968 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
5970 @smallexample
5971 @group
5972 3:  0               1:  3.597739
5973 2:  1                   .
5974 1:  20
5975     .
5977 0 @key{RET} 1 @key{RET} 20         Z ( & + 1 Z )
5978 @end group
5979 @end smallexample
5981 @noindent
5982 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
5983 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
5984 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
5985 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
5986 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
5987 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
5988 uses a step of one.
5990 This harmonic number function uses the stack to hold the running
5991 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
5992 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
5994 @smallexample
5995 @group
5996 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
5997     .         1:  20                                  .
5998                   .
6000     0 t 7       1 @key{RET} 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
6001 @end group
6002 @end smallexample
6004 @noindent
6005 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
6006 variable (and removes that value from the stack).
6008 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
6009 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6010 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6011 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6012 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6013 probably easier than using loops.  However, there are some
6014 situations where loops really are the way to go:
6016 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6017 harmonic number which is greater than 4.0.
6018 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6020 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6021 we have to worry about the programs clobbering values that the
6022 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6023 fix, though:
6025 @smallexample
6026 @group
6027     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6028                  .                .          2:  3.597739
6029                                              1:  0.6667
6030                                                  .
6032    Z `    p 4 @key{RET} 2 @key{RET} 3 /   s 7 s s a @key{RET}    Z '  r 7 s r a @key{RET}
6033 @end group
6034 @end smallexample
6036 @noindent
6037 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6038 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6039 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6040 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6041 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6042 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6043 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6044 the contents of the stack, and the values of named variables,
6045 survive past the @kbd{Z '} command.
6047 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6048 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6049 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6050 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6051 by the formula 
6052 @texline @math{\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}}.
6053 @infoline @expr{2 n!@: / (2 pi)^n}.  
6054 Let's write a keyboard macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.
6055 (Calc has a command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6056 this command is very slow for large @expr{n} since the higher Bernoulli
6057 numbers are very large fractions.)
6059 @smallexample
6060 @group
6061 1:  10               1:  0.0756823
6062     .                    .
6064     10     C-x ( @key{RET} 2 % Z [ @key{DEL} 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ @key{RET} = Z ] C-x )
6065 @end group
6066 @end smallexample
6068 @noindent
6069 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6070 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6071 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6072 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6073 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6074 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6075 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6077 The actual tenth Bernoulli number is @expr{5/66}.
6079 @smallexample
6080 @group
6081 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6082 2:  5:66             .              .              .              .
6083 1:  0.0757575
6084     .
6086 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
6087 @end group
6088 @end smallexample
6090 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6091 Bernoulli numbers.
6093 @smallexample
6094 @group
6095 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6096 2:  2                  .
6097 1:  30
6098     .
6100  [ ] 2 @key{RET} 30          Z ( X | 2 Z )
6101 @end group
6102 @end smallexample
6104 @noindent
6105 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6106 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6107 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6108 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6109 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6110 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6111 sequence of keystrokes.)
6113 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6114 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6115 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6116 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6117 ``while'' and ``until'' style loops.
6119 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6120 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6121 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6122 then enter the real one in the edit command.
6124 @smallexample
6125 @group
6126 1:  3                   1:  3           Calc Macro Edit Mode.
6127     .                       .           Original keys: 1 <return> 2 +
6129                                         1                          ;; calc digits
6130                                         RET                        ;; calc-enter
6131                                         2                          ;; calc digits
6132                                         +                          ;; calc-plus
6134 C-x ( 1 @key{RET} 2 + C-x )    Z K h @key{RET}      Z E h
6135 @end group
6136 @end smallexample
6138 @noindent
6139 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6140 @file{edmacro} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6141 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6142 Descriptions of the keystrokes are given as comments, which begin with
6143 @samp{;;}, and which are ignored when the edited macro is saved.
6144 Spaces and line breaks are also ignored when the edited macro is saved.
6145 To enter a space into the macro, type @code{SPC}.  All the special
6146 characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL},
6147 and @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes
6148 @code{C-} and @code{M-}.
6150 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6151 First, erase the four lines of the old definition.  Then, type
6152 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6153 to copy it from this page of the Info file; you can of course skip
6154 typing the comments, which begin with @samp{;;}).
6156 @smallexample
6157 Z`                      ;; calc-kbd-push     (Save local values)
6158 0                       ;; calc digits       (Push a zero onto the stack)
6159 st                      ;; calc-store-into   (Store it in the following variable)
6160 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6161 1                       ;; calc digits       (Initial value for the loop) 
6162 TAB                     ;; calc-roll-down    (Swap initial and final)
6163 Z(                      ;; calc-kbd-for      (Begin the "for" loop)
6164 &                       ;; calc-inv          (Take the reciprocal)
6165 s+                      ;; calc-store-plus   (Add to the following variable)
6166 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6167 1                       ;; calc digits       (The loop step is 1)
6168 Z)                      ;; calc-kbd-end-for  (End the "for" loop)
6169 sr                      ;; calc-recall       (Recall the final accumulated value)
6170 1                       ;; calc quick variable (Quick variable q1)
6171 Z'                      ;; calc-kbd-pop      (Restore values)
6172 @end smallexample
6174 @noindent
6175 Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and return to the Calculator.
6177 @smallexample
6178 @group
6179 1:  20         1:  3.597739
6180     .              .
6182     20             z h
6183 @end group
6184 @end smallexample
6186 The @file{edmacro} package defines a handy @code{read-kbd-macro} command
6187 which reads the current region of the current buffer as a sequence of
6188 keystroke names, and defines that sequence on the @kbd{X} 
6189 (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so useful, Calc puts this
6190 command on the @kbd{C-x * m} key.  Try reading in this macro in the
6191 following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}}) at 
6192 one end of the text below, then type @kbd{C-x * m} at the other.
6194 @example
6195 @group
6196 Z ` 0 t 1
6197     1 TAB
6198     Z (  & s + 1  1 Z )
6199     r 1
6200 Z '
6201 @end group
6202 @end example
6204 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6205 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6206 @expr{f(x) = 0} for any function @expr{f}, and an initial guess
6207 @expr{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6208 this formula over and over:
6210 @ifnottex
6211 @example
6212 new_x = x - f(x)/f'(x)
6213 @end example
6214 @end ifnottex
6215 @tex
6216 \beforedisplay
6217 $$ x_{\rm new} = x - {f(x) \over f'(x)} $$
6218 \afterdisplay
6219 @end tex
6221 @noindent
6222 where @expr{f'(x)} is the derivative of @expr{f}.  The @expr{x}
6223 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6224 @texline @math{x_{\rm new}}
6225 @infoline @expr{new_x} 
6226 and @expr{x} will be equal to within the limits
6227 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6228 involving the variable @expr{x}, and an initial guess @expr{x_0},
6229 on the stack, and produces a value of @expr{x} for which the formula
6230 is zero.  Use it to find a solution of 
6231 @texline @math{\sin(\cos x) = 0.5}
6232 @infoline @expr{sin(cos(x)) = 0.5}
6233 near @expr{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6234 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6235 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6237 @cindex Digamma function
6238 @cindex Gamma constant, Euler's
6239 @cindex Euler's gamma constant
6240 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function 
6241 @texline @math{\psi(z) (``psi'')}
6242 @infoline @expr{psi(z)}
6243 is defined as the derivative of 
6244 @texline @math{\ln \Gamma(z)}.
6245 @infoline @expr{ln(gamma(z))}.  
6246 For large values of @expr{z}, it can be approximated by the infinite sum
6248 @ifnottex
6249 @example
6250 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6251 @end example
6252 @end ifnottex
6253 @tex
6254 \beforedisplay
6255 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6256    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6258 \afterdisplay
6259 @end tex
6261 @noindent
6262 where 
6263 @texline @math{\sum}
6264 @infoline @expr{sum} 
6265 represents the sum over @expr{n} from 1 to infinity
6266 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6267 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6268 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6269 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6270 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6271 @texline @math{\gamma = -\psi(1)}.
6272 @infoline @expr{gamma = -psi(1)}.  
6273 Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6274 for the above formula to work (5 is a much safer value for @expr{z}).
6275 Fortunately, we can compute 
6276 @texline @math{\psi(1)}
6277 @infoline @expr{psi(1)} 
6278 from 
6279 @texline @math{\psi(5)}
6280 @infoline @expr{psi(5)} 
6281 using the recurrence 
6282 @texline @math{\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}}.
6283 @infoline @expr{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.  
6284 Your task:  Develop a program to compute 
6285 @texline @math{\psi(z)};
6286 @infoline @expr{psi(z)}; 
6287 it should ``pump up'' @expr{z}
6288 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6289 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6290 to compute 
6291 @texline @math{\gamma}
6292 @infoline @expr{gamma} 
6293 to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6294 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6295 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6297 @cindex Polynomial, list of coefficients
6298 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @expr{x} and
6299 a number @expr{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6300 @expr{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @expr{x^m}),
6301 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6302 notation.  For example, @expr{5 x^4 + (x + 1)^2} with @expr{m = 6}
6303 should produce the list @expr{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6304 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6305 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6307 @cindex Recursion
6308 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6309 first kind} are defined by the recurrences,
6311 @ifnottex
6312 @example
6313 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6314 s(n,0) = 0   for n > 0,
6315 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6316 @end example
6317 @end ifnottex
6318 @tex
6319 \turnoffactive
6320 \beforedisplay
6321 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6322              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6323              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6324                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6326 \afterdisplay
6327 \vskip5pt
6328 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6329 @end tex
6331 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6332 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6333 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6334 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6335 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6336 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6337 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6338 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6339 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6340 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6341 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6342 or @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6343 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6344 that computes Stirling numbers of the first kind, given @expr{n} and
6345 @expr{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6346 @expr{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6347 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6348 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6350 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6351 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6352 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6353 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6354 program can:
6356 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6357 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6358 rewrite rules.  Once again, @expr{n} and @expr{m} should be taken
6359 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6361 @example
6363 @end example
6364 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6365 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6366 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6367 @c [not-split]
6368 The rest of this manual tells the whole story.
6369 @c [when-split]
6370 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6372 @page
6373 @node Answers to Exercises,  , Programming Tutorial, Tutorial
6374 @section Answers to Exercises
6376 @noindent
6377 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6379 @menu
6380 * RPN Answer 1::           1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -
6381 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6382 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6383 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6384 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6385 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6386 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6387 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6388 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6389 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6390 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6391 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6392 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6393 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6394 * Vector Answer 2::        Average position
6395 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6396 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6397 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6398 * List Answer 1::          Powers of two
6399 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6400 * List Answer 3::          Geometric mean
6401 * List Answer 4::          Divisor function
6402 * List Answer 5::          Duplicate factors
6403 * List Answer 6::          Triangular list
6404 * List Answer 7::          Another triangular list
6405 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6406 * List Answer 9::          Integers the hard way
6407 * List Answer 10::         All elements equal
6408 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6409 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6410 * List Answer 13::         Hash codes
6411 * List Answer 14::         Random walk
6412 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6413 * Types Answer 2::         Infinities
6414 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6415 * Types Answer 4::         Abbey Road
6416 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6417 * Types Answer 6::         Leap years
6418 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6419 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6420 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6421 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6422 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6423 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6424 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6425 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6426 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6427 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6428 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6429 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6430 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6431 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6432 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6433 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6434 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6435 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6436 * Rewrites Answer 6::      Truncated Taylor series
6437 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6438 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6439 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6440 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6441 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6442 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6443 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6444 * Programming Answer 8::   Newton's method
6445 * Programming Answer 9::   Digamma function
6446 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6447 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6448 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6449 @end menu
6451 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6452 @c being entered on the table of contents.
6453 @tex
6454 \global\let\oldwrite=\write
6455 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6456 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6457 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6458 @end tex
6460 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6461 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6463 @noindent
6464 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6466 The result is 
6467 @texline @math{1 - (2 \times (3 + 4)) = -13}.
6468 @infoline @expr{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6470 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6471 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6473 @noindent
6474 @texline @math{2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75}
6475 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6477 After computing the intermediate term 
6478 @texline @math{2\times4 = 8},
6479 @infoline @expr{2*4 = 8}, 
6480 you can leave that result on the stack while you compute the second
6481 term.  With both of these results waiting on the stack you can then
6482 compute the final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6484 @smallexample
6485 @group
6486 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6487 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6488     .                         1:  9.5            .
6489                                   .
6491   2 @key{RET} 4          *          7 @key{RET} 9.5          *
6493 @end group
6494 @end smallexample
6495 @noindent
6496 @smallexample
6497 @group
6498 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6499 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6500 2:  5          1:  1.25           .
6501 1:  4              .
6502     .
6504   5 @key{RET} 4          /              +              +
6505 @end group
6506 @end smallexample
6508 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6509 with the third term.
6511 @smallexample
6512 @group
6513 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6514 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6515     .                         1:  4              .
6516                                   .
6518    ...             +            5 @key{RET} 4          /              +
6519 @end group
6520 @end smallexample
6522 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6523 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6524 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6525 you choose is purely a matter of taste.
6527 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6528 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6530 @noindent
6531 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6533 @smallexample
6534 @group
6535 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6536 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6537 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6538     .              .          1:  1              .              .
6539                                   .
6541                   @key{TAB}             1              +             @key{TAB}
6542 @end group
6543 @end smallexample
6545 Similarly, @kbd{M-@key{TAB}} gives you access to the number in level 3.
6547 @smallexample
6548 @group
6549 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6550 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6551 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6552     .              .              .              .              .
6554                   M-@key{TAB}           1 +           M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
6555 @end group
6556 @end smallexample
6558 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6559 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6561 @noindent
6562 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6563 but using both the comma and the space at once yields:
6565 @smallexample
6566 @group
6567 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6568     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6569                    .                             .              .
6571     (              2              ,             @key{SPC}            3 )
6572 @end group
6573 @end smallexample
6575 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6576 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6577 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6578 deletes just one component out of that object, so he had to press
6579 @key{DEL} twice to finish the job.
6581 @smallexample
6582 @group
6583 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6584 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6585     .              .              .
6587                   @key{TAB}            @key{DEL}            @key{DEL}
6588 @end group
6589 @end smallexample
6591 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6592 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-@key{DEL}}, to do just that.
6593 @kbd{M-@key{DEL}} is just like @kbd{@key{TAB} @key{DEL}}, except that it doesn't exhibit
6594 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6596 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6597 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6599 @noindent
6600 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6602 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6603 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6605 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6606 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @expr{3.0} whereas
6607 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @expr{3}.)
6609 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6610 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6612 @noindent
6613 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
6614 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
6615 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
6616 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
6618 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
6619 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
6621 @noindent
6622 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @expr{1 / 0}.
6623 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
6624 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
6625 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
6626 times anything is zero.''
6628 @c [fix-ref Infinities]
6629 The @kbd{m i} command enables an @dfn{Infinite mode} in which @expr{1 / 0}
6630 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
6631 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
6632 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
6633 further discussion of infinite and indeterminate values.
6635 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
6636 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
6638 @noindent
6639 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
6640 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
6641 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
6642 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
6643 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
6644 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
6646 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
6647 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
6648 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
6649 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
6650 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
6651 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
6652 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
6653 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
6654 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
6655 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
6656 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
6658 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
6659 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
6660 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
6661 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
6662 inexact results would still be lurking there, but they would now be
6663 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
6664 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
6665 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
6666 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
6667 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
6669 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
6670 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
6671 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
6672 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
6673 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
6674 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
6675 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
6676 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
6677 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
6678 to tell two distinct numbers apart.
6680 An interesting side note is that most computers store their
6681 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
6682 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
6683 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
6684 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
6685 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
6686 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
6687 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
6688 in decimal display mode.
6690 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
6691 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
6692 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
6693 you use a relatively unusual radix like 3.
6695 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
6696 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
6698 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
6699 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
6700 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
6701 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
6702 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
6703 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
6704 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f @key{RET} e 15 @key{RET} *} is another
6705 way to enter this number.
6707 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
6708 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
6709 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
6710 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
6711 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
6712 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
6713 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
6715 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
6716 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
6718 @noindent
6719 The answer he got was @expr{0.5000000000006399}.
6721 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
6722 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
6723 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
6724 their inputs.
6726 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
6727 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
6728 commands decrease or increase a number by one unit in the last
6729 place (according to the current precision).  They are useful for
6730 determining facts like this.
6732 @smallexample
6733 @group
6734 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
6735     .                       .
6737     45 S                    2 ^
6739 @end group
6740 @end smallexample
6741 @noindent
6742 @smallexample
6743 @group
6744 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
6745     .                       .                       .
6747     U  @key{DEL}                  f [                     2 ^
6748 @end group
6749 @end smallexample
6751 A high-precision calculation must be carried out in high precision
6752 all the way.  The only number in the original problem which was known
6753 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
6754 before anything is done after the number 45 has been entered in order
6755 for the higher precision to be meaningful.
6757 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
6758 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
6760 @noindent
6761 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
6762 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
6763 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
6764 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
6765 of time.
6767 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
6768 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
6769 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
6770 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
6771 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
6772 calculation of the sum will not have this problem.
6774 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
6775 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
6776 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
6778 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
6779 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
6781 @noindent
6782 Dividing two integers that are larger than the current precision may
6783 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
6784 down to an integer.  Consider @expr{123456789 / 2} when the current
6785 precision is 6 digits.  The true answer is @expr{61728394.5}, but
6786 with a precision of 6 this will be rounded to 
6787 @texline @math{12345700.0/2.0 = 61728500.0}.
6788 @infoline @expr{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
6789 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
6791 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
6792 floating-point round-off error is strictly to the right of the
6793 decimal point.  Or, convert to Fraction mode so that @expr{123456789 / 2}
6794 produces the exact fraction @expr{123456789:2}, which can be rounded
6795 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
6796 format.
6798 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
6799 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
6801 @noindent
6802 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @expr{3:2}, but it
6803 does a floating-point calculation instead and produces @expr{1.5}.
6805 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
6806 or (when in Fraction mode) the reciprocal of an integer.  But there is
6807 no efficient way to search the space of all possible rational numbers
6808 for an exact answer, so Calc doesn't try.
6810 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
6811 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
6813 @noindent
6814 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
6815 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
6817 @smallexample
6818 @group
6819 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
6820     .          1:  3.74165738677      .                       .
6821                    .
6823     r 1            @key{RET} A              /                       A
6824 @end group
6825 @end smallexample
6827 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
6828 indeed have unit length.
6830 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
6831 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
6833 @noindent
6834 The average position is equal to the sum of the products of the
6835 positions times their corresponding probabilities.  This is the
6836 definition of the dot product operation.  So all you need to do
6837 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
6839 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
6840 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
6842 @noindent
6843 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
6844 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
6846 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
6847 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
6849 @ifnottex
6850 @example
6851 @group
6852    x + a y = 6
6853    x + b y = 10
6854 @end group
6855 @end example
6856 @end ifnottex
6857 @tex
6858 \turnoffactive
6859 \beforedisplay
6860 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
6861              x &+ b y = 10}
6863 \afterdisplay
6864 @end tex
6866 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
6867 matrix as usual.
6869 @smallexample
6870 @group
6871 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [6 - 4 a / (b - a), 4 / (b - a) ]
6872     .          1:  [ [ 1, a ]          .
6873                      [ 1, b ] ]
6874                    .
6876 ' [6 10] @key{RET}     ' [1 a; 1 b] @key{RET}      /
6877 @end group
6878 @end smallexample
6880 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable Big display
6881 mode:
6883 @smallexample
6884 @group
6885           4 a     4
6886 1:  [6 - -----, -----]
6887          b - a  b - a
6888 @end group
6889 @end smallexample
6891 Type @kbd{d N} to return to Normal display mode afterwards.
6893 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
6894 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
6896 @noindent
6897 To solve 
6898 @texline @math{A^T A \, X = A^T B},
6899 @infoline @expr{trn(A) * A * X = trn(A) * B}, 
6900 first we compute
6901 @texline @math{A' = A^T A}
6902 @infoline @expr{A2 = trn(A) * A} 
6903 and 
6904 @texline @math{B' = A^T B};
6905 @infoline @expr{B2 = trn(A) * B}; 
6906 now, we have a system 
6907 @texline @math{A' X = B'}
6908 @infoline @expr{A2 * X = B2} 
6909 which we can solve using Calc's @samp{/} command.
6911 @ifnottex
6912 @example
6913 @group
6914     a + 2b + 3c = 6
6915    4a + 5b + 6c = 2
6916    7a + 6b      = 3
6917    2a + 4b + 6c = 11
6918 @end group
6919 @end example
6920 @end ifnottex
6921 @tex
6922 \turnoffactive
6923 \beforedisplayh
6924 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
6925 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
6926    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6927    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6928    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
6929   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
6930  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
6931  7a&+&6b& &  &=3 \cr
6932  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
6934 \afterdisplayh
6935 @end tex
6937 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
6938 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
6939 @texline @math{B'}
6940 @infoline @expr{B2} 
6941 vector.
6943 @smallexample
6944 @group
6945 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
6946       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
6947       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
6948       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
6949     .                             .
6951 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] @key{RET}  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
6952 @end group
6953 @end smallexample
6955 @noindent
6956 Now we compute the matrix 
6957 @texline @math{A'}
6958 @infoline @expr{A2} 
6959 and divide.
6961 @smallexample
6962 @group
6963 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
6964 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
6965       [ 72, 81, 60 ]
6966       [ 39, 60, 81 ] ]
6967     .
6969     r 7 v t r 7 *             /
6970 @end group
6971 @end smallexample
6973 @noindent
6974 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
6975 round-off error.)
6977 Notice that the answers are similar to those for the 
6978 @texline @math{3\times3}
6979 @infoline 3x3
6980 system solved in the text.  That's because the fourth equation that was 
6981 added to the system is almost identical to the first one multiplied
6982 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
6983 answer since the 
6984 @texline @math{4\times3}
6985 @infoline 4x3
6986 system would be equivalent to the original 
6987 @texline @math{3\times3}
6988 @infoline 3x3
6989 system.)
6991 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
6992 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
6993 the original system of equations to see how well they match.
6995 @smallexample
6996 @group
6997 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
6998 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
6999       [ 4, 5, 6 ]
7000       [ 7, 6, 0 ]
7001       [ 2, 4, 6 ] ]
7002     .
7004     r 7                            @key{TAB} *
7005 @end group
7006 @end smallexample
7008 @noindent
7009 This is reasonably close to our original @expr{B} vector,
7010 @expr{[6, 2, 3, 11]}.
7012 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7013 @subsection List Tutorial Exercise 1
7015 @noindent
7016 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7017 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7018 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7019 plain @samp{-} key will work just as well.
7021 @smallexample
7022 @group
7023 2:  2                              2:  2
7024 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7025     .                                  .
7027     2  v x 9 @key{RET}                       5 V M -   or   5 -
7028 @end group
7029 @end smallexample
7031 @noindent
7032 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7033 vector.
7035 @smallexample
7036 @group
7037 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7038     .
7040     V M ^
7041 @end group
7042 @end smallexample
7044 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7045 @subsection List Tutorial Exercise 2
7047 @noindent
7048 Given @expr{x} and @expr{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7049 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7051 @ifnottex
7052 @example
7053    m*x + b*1 = y
7054 @end example
7055 @end ifnottex
7056 @tex
7057 \turnoffactive
7058 \beforedisplay
7059 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7060 \afterdisplay
7061 @end tex
7063 Thus we want a 
7064 @texline @math{19\times2}
7065 @infoline 19x2
7066 matrix with our @expr{x} vector as one column and
7067 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7068 we combine the two columns to form our @expr{A} matrix.
7070 @smallexample
7071 @group
7072 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7073 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7074     .                                 [ 1.49, 1 ]
7075                                       @dots{}
7077     r 1 1 v b 19 @key{RET}                M-2 v p v t   s 3
7078 @end group
7079 @end smallexample
7081 @noindent
7082 Now we compute 
7083 @texline @math{A^T y}
7084 @infoline @expr{trn(A) * y} 
7085 and 
7086 @texline @math{A^T A}
7087 @infoline @expr{trn(A) * A} 
7088 and divide.
7090 @smallexample
7091 @group
7092 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7093     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7094                                 [  41.63,   19   ] ]
7095                               .
7097  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7098 @end group
7099 @end smallexample
7101 @noindent
7102 (Hey, those numbers look familiar!)
7104 @smallexample
7105 @group
7106 1:  [0.52141679, -0.425978]
7107     .
7109     /
7110 @end group
7111 @end smallexample
7113 Since we were solving equations of the form 
7114 @texline @math{m \times x + b \times 1 = y},
7115 @infoline @expr{m*x + b*1 = y}, 
7116 these numbers should be @expr{m} and @expr{b}, respectively.  Sure
7117 enough, they agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and
7118 @kbd{V R}!
7120 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7121 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7122 arithmetic functions!
7124 @c [fix-ref Curve Fitting]
7125 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7126 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7128 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7129 @subsection List Tutorial Exercise 3
7131 @noindent
7132 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}} or
7133 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7134 and type @w{@kbd{C-x * g}}.
7136 @smallexample
7137 @group
7138 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7139     .
7140 @end group
7141 @end smallexample
7143 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7144 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7146 @smallexample
7147 @group
7148 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7149 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7150     .                          .
7152     @key{RET}                        V R *
7154 @end group
7155 @end smallexample
7156 @noindent
7157 @smallexample
7158 @group
7159 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7160 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7161     .                          .
7163     @key{TAB}                        v l                 I ^
7164 @end group
7165 @end smallexample
7167 @noindent
7168 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7169 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7170 then raise the number to that power.)
7172 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7173 @subsection List Tutorial Exercise 4
7175 @noindent
7176 A number @expr{j} is a divisor of @expr{n} if 
7177 @texline @math{n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0}.
7178 @infoline @samp{n % j = 0}.  
7179 The first step is to get a vector that identifies the divisors.
7181 @smallexample
7182 @group
7183 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7184 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7185     .                       .
7187  30 @key{RET} v x 30 @key{RET}   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7188 @end group
7189 @end smallexample
7191 @noindent
7192 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7194 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7195 The first divisor function is the sum of the divisors.
7197 @smallexample
7198 @group
7199 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7200            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7201            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7202                .
7204    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7205 @end group
7206 @end smallexample
7208 @noindent
7209 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7210 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7212 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7213 @subsection List Tutorial Exercise 5
7215 @noindent
7216 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7217 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7218 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7219 the list with a copy of itself shifted over by one.
7221 @smallexample
7222 @group
7223 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7224     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7225                            .                        .
7227     19551 k f              @key{RET} 0 |                  @key{TAB} 0 @key{TAB} |
7229 @end group
7230 @end smallexample
7231 @noindent
7232 @smallexample
7233 @group
7234 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7235     .                        .              .
7237     V M a =                  V R +          0 a =
7238 @end group
7239 @end smallexample
7241 @noindent
7242 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7243 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7244 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7245 the job is pretty straightforward.
7247 Incidentally, Calc provides the 
7248 @texline @dfn{M@"obius} @math{\mu}
7249 @infoline @dfn{Moebius mu} 
7250 function which is zero if and only if its argument is square-free.  It
7251 would be a much more convenient way to do the above test in practice.
7253 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7254 @subsection List Tutorial Exercise 6
7256 @noindent
7257 First use @kbd{v x 6 @key{RET}} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7258 to get a list of lists of integers!
7260 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7261 @subsection List Tutorial Exercise 7
7263 @noindent
7264 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7265 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7267 @smallexample
7268 @group
7269 1:  [ [0],
7270       [0, 1],
7271       [0, 1, 2],
7272       @dots{}
7274     1 -
7275 @end group
7276 @end smallexample
7278 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7279 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @expr{n}th
7280 triangular number is the sum of the integers from 1 to @expr{n}, and
7281 can be computed directly by the formula 
7282 @texline @math{n (n+1) \over 2}.
7283 @infoline @expr{n * (n+1) / 2}.
7285 @smallexample
7286 @group
7287 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7288 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7289     .                           .
7291     v x 6 @key{RET} 1 -               V M ' $ ($+1)/2 @key{RET}
7292 @end group
7293 @end smallexample
7295 @noindent
7296 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7297 result:
7299 @smallexample
7300 @group
7301 1:  [ [0],
7302       [1, 2],
7303       [3, 4, 5],
7304       [6, 7, 8, 9],
7305       [10, 11, 12, 13, 14],
7306       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7307       .
7309       V M +
7310 @end group
7311 @end smallexample
7313 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7314 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7315 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7316 triangular list.
7318 @smallexample
7319 @group
7320 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7321 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7322     .                           .
7324     @key{RET}                         V M V R +
7325 @end group
7326 @end smallexample
7328 @noindent
7329 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7330 since each element of the main vector is itself a small vector,
7331 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7333 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7334 @subsection List Tutorial Exercise 8
7336 @noindent
7337 The first step is to build a list of values of @expr{x}.
7339 @smallexample
7340 @group
7341 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7342     .                       .                       .
7344     v x 21 @key{RET}              1 -                     4 /  s 1
7345 @end group
7346 @end smallexample
7348 Next, we compute the Bessel function values.
7350 @smallexample
7351 @group
7352 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7353     .
7355     V M ' besJ(1,$) @key{RET}
7356 @end group
7357 @end smallexample
7359 @noindent
7360 (Another way to do this would be @kbd{1 @key{TAB} V M f j}.)
7362 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7363 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7365 @smallexample
7366 @group
7367 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7368 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7369     .                                                     .
7371     @key{RET} V R X                      V M a =                @key{RET} V R +    @key{DEL}
7372 @end group
7373 @end smallexample
7375 @noindent
7376 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7377 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of 
7378 @texline @math{\sin x}
7379 @infoline @expr{sin(x)}
7380 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7382 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7383 the maximum value of @expr{x}.  Now it is a simple matter to convert
7384 this back into the corresponding value itself.
7386 @smallexample
7387 @group
7388 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7389 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7390     .
7392     r 1                         V M *                    V R +
7393 @end group
7394 @end smallexample
7396 If @kbd{a =} had produced more than one @expr{1} value, this method
7397 would have given the sum of all maximum @expr{x} values; not very
7398 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7399 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7400 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7401 example, a vector of maximum @expr{x} values.
7403 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7404 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7405 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7407 @smallexample
7408 @group
7409 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7410 1:  [0 .. 5]                       .
7411     .
7413 ' besJ(1,x), [0..5] @key{RET}            a X x @key{RET}
7414 @end group
7415 @end smallexample
7417 @noindent
7418 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @expr{x}
7419 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7420 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7422 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7423 @subsection List Tutorial Exercise 9
7425 @noindent
7426 Step one is to convert our integer into vector notation.
7428 @smallexample
7429 @group
7430 1:  25129925999           3:  25129925999
7431     .                     2:  10
7432                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7433                               .
7435     25129925999 @key{RET}           10 @key{RET} 12 @key{RET} v x 12 @key{RET} -
7437 @end group
7438 @end smallexample
7439 @noindent
7440 @smallexample
7441 @group
7442 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7443 2:  [100000000000, ... ]         .
7444     .
7446     V M ^   s 1                  V M \
7447 @end group
7448 @end smallexample
7450 @noindent
7451 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7453 @smallexample
7454 @group
7455 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7456     .
7458     10 V M %   s 2
7459 @end group
7460 @end smallexample
7462 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7463 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7464 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7465 the right of it are nines.
7467 @smallexample
7468 @group
7469 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7470     .                                          .
7472     9 V M a =                                  v v
7474 @end group
7475 @end smallexample
7476 @noindent
7477 @smallexample
7478 @group
7479 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7480     .                              .
7482     V U *                          v v 1 |
7483 @end group
7484 @end smallexample
7486 @noindent
7487 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7488 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7489 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7490 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7491 rightmost digit.
7493 @smallexample
7494 @group
7495 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7496 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7497     .
7499     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7500 @end group
7501 @end smallexample
7503 @noindent
7504 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7505 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7506 digits that generated them.
7508 Finally, we must convert this list back into an integer.
7510 @smallexample
7511 @group
7512 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7513 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7514 1:  [100000000000, ... ]          .
7515     .
7517     10 @key{RET} 12 ^  r 1              |
7519 @end group
7520 @end smallexample
7521 @noindent
7522 @smallexample
7523 @group
7524 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7525     .                                            .
7527     V M *                                        V R +
7528 @end group
7529 @end smallexample
7531 @noindent
7532 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7533 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7535 @smallexample
7536 @group
7537 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7538     .                             .
7540                                   V R ' 10 $$ + $ @key{RET}
7541 @end group
7542 @end smallexample
7544 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7545 @subsection List Tutorial Exercise 10
7547 @noindent
7548 For the list @expr{[a, b, c, d]}, the result is @expr{((a = b) = c) = d},
7549 which will compare @expr{a} and @expr{b} to produce a 1 or 0, which is
7550 then compared with @expr{c} to produce another 1 or 0, which is then
7551 compared with @expr{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7553 Here's a more correct method:
7555 @smallexample
7556 @group
7557 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7558     .                    1:  7
7559                              .
7561   ' [7,7,7,8,7] @key{RET}          @key{RET} v r 1 @key{RET}
7563 @end group
7564 @end smallexample
7565 @noindent
7566 @smallexample
7567 @group
7568 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7569     .                        .
7571     V M a =                  V R *
7572 @end group
7573 @end smallexample
7575 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7576 @subsection List Tutorial Exercise 11
7578 @noindent
7579 The circle of unit radius consists of those points @expr{(x,y)} for which
7580 @expr{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @expr{x^2}
7581 and a vector of @expr{y^2}.
7583 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7584 commands.
7586 @smallexample
7587 @group
7588 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7589 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7590     .                              .
7592  v . t .  2. v b 100 @key{RET} @key{RET}       V M k r
7594 @end group
7595 @end smallexample
7596 @noindent
7597 @smallexample
7598 @group
7599 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7600 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7601     .                              .
7603     1 -  2 V M ^                   @key{TAB}  V M k r  1 -  2 V M ^
7604 @end group
7605 @end smallexample
7607 Now we sum the @expr{x^2} and @expr{y^2} values, compare with 1 to
7608 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7610 @smallexample
7611 @group
7612 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
7613     .                              .                     .
7615     +                              1 V M a <             V R +
7616 @end group
7617 @end smallexample
7619 @noindent
7620 The ratio @expr{84/100} should approximate the ratio @cpiover{4}.
7622 @smallexample
7623 @group
7624 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
7625     .              .          1:  3.14159        .
7627     100 /          4 *            P              /
7628 @end group
7629 @end smallexample
7631 @noindent
7632 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
7633 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
7634 not very efficient!
7636 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
7637 will be slightly different from the one shown here!)
7639 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7640 return to full-sized display of vectors.
7642 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
7643 @subsection List Tutorial Exercise 12
7645 @noindent
7646 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
7647 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
7648 @expr{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @expr{x}
7649 component for one end of the match, pick a random direction 
7650 @texline @math{\theta},
7651 @infoline @expr{theta},
7652 and see if @expr{x} and 
7653 @texline @math{x + \cos \theta}
7654 @infoline @expr{x + cos(theta)} 
7655 (which is the @expr{x} coordinate of the other endpoint) cross a line.
7656 The lines are at integer coordinates, so this happens when the two
7657 numbers surround an integer.
7659 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
7660 of the two endpoints as @expr{x}.  Then @expr{theta} is an angle pointing
7661 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
7662 it would feel like cheating to refer to @cpiover{2} radians while trying
7663 to estimate @cpi{}!)
7665 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
7666 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
7667 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
7668 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
7669 Pick random @expr{x} and 
7670 @texline @math{\theta},
7671 @infoline @expr{theta}, 
7672 compute
7673 @texline @math{x + \cos \theta},
7674 @infoline @expr{x + cos(theta)},
7675 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
7677 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7678 commands.
7680 @smallexample
7681 @group
7682 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
7683     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
7684                                    .
7686 v . t . 1. v b 100 @key{RET}  V M k r    180. v b 100 @key{RET}  V M k r  90 -
7687 @end group
7688 @end smallexample
7690 @noindent
7691 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
7693 @smallexample
7694 @group
7695 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
7696 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
7697     .
7699     m d  V M C                     +
7701 @end group
7702 @end smallexample
7703 @noindent
7704 @smallexample
7705 @group
7706 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
7707     .                        .                   .
7709     1 V M a >                V R + 100 /         2 @key{TAB} /
7710 @end group
7711 @end smallexample
7713 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
7714 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
7715 a random integer.
7717 @smallexample
7718 @group
7719 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
7720 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
7721     .                                      .
7723     1000000 v b 100 @key{RET} @key{RET}                V M k r  @key{TAB}  V M k r
7725 @end group
7726 @end smallexample
7727 @noindent
7728 @smallexample
7729 @group
7730 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
7731     .                        .                      .
7733     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
7735 @end group
7736 @end smallexample
7737 @noindent
7738 @smallexample
7739 @group
7740 1:  10.714        1:  3.273
7741     .                 .
7743     6 @key{TAB} /           Q
7744 @end group
7745 @end smallexample
7747 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
7748 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
7750 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7751 return to full-sized display of vectors.
7753 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
7754 @subsection List Tutorial Exercise 13
7756 @noindent
7757 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
7759 @smallexample
7760 @group
7761 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
7762     .
7764     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}
7765 @end group
7766 @end smallexample
7768 @noindent
7769 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
7770 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
7771 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
7772 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
7774 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
7775 if the input vector is @expr{[a, b, c, d]}, then the hash code is
7776 @expr{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
7777 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
7779 @smallexample
7780 @group
7781 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
7782 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
7783     .                              .
7785     @key{RET} v l                        v x 16 @key{RET} -
7787 @end group
7788 @end smallexample
7789 @noindent
7790 @smallexample
7791 @group
7792 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
7793 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
7794     .
7796     3 @key{TAB} V M ^                    *                 511 %
7797 @end group
7798 @end smallexample
7800 @noindent
7801 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
7802 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
7803 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
7804 function of two arguments that computes its first argument times three
7805 plus its second argument.
7807 @smallexample
7808 @group
7809 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
7810     .                              .
7812     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' 3$$+$ @key{RET}
7813 @end group
7814 @end smallexample
7816 @noindent
7817 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
7818 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
7819 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
7821 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
7822 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
7823 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
7824 without affecting the result.  While this means there are more
7825 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
7826 the operations are faster.
7828 @smallexample
7829 @group
7830 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
7831     .                              .
7833     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' (3$$+$)%511 @key{RET}
7834 @end group
7835 @end smallexample
7837 Why does this work?  Think about a two-step computation:
7838 @w{@expr{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
7839 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
7840 So the result when we take the modulo after every step is,
7842 @ifnottex
7843 @example
7844 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
7845 @end example
7846 @end ifnottex
7847 @tex
7848 \turnoffactive
7849 \beforedisplay
7850 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
7851 \afterdisplay
7852 @end tex
7854 @noindent
7855 for some suitable integers @expr{m} and @expr{n}.  Expanding out by
7856 the distributive law yields
7858 @ifnottex
7859 @example
7860 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
7861 @end example
7862 @end ifnottex
7863 @tex
7864 \turnoffactive
7865 \beforedisplay
7866 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
7867 \afterdisplay
7868 @end tex
7870 @noindent
7871 The @expr{m} term in the latter formula is redundant because any
7872 contribution it makes could just as easily be made by the @expr{n}
7873 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
7874 @expr{n' = 3m + n},
7876 @ifnottex
7877 @example
7878 9 a + 3 b + c - 511 n'
7879 @end example
7880 @end ifnottex
7881 @tex
7882 \turnoffactive
7883 \beforedisplay
7884 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n' $$
7885 \afterdisplay
7886 @end tex
7888 @noindent
7889 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
7890 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
7892 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
7893 basically automate the idea of reducing every intermediate result
7894 modulo some value @var{m}.
7896 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
7897 @subsection List Tutorial Exercise 14
7899 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
7900 step to an @expr{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
7901 otherwise the problem is quite straightforward.
7903 @smallexample
7904 @group
7905 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
7906 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
7907     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
7908                      ...
7910     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> @key{RET}
7911 @end group
7912 @end smallexample
7914 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
7915 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
7916 before nesting even begins.
7918 We now have a vector of @expr{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
7919 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
7920 to get a pair of vectors, @expr{x} and @expr{y}, suitable for graphing.
7922 @smallexample
7923 @group
7924 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
7925 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
7926     .
7928     v t  v u  g f
7929 @end group
7930 @end smallexample
7932 Incidentally, because the @expr{x} and @expr{y} are completely
7933 independent in this case, we could have done two separate commands
7934 to create our @expr{x} and @expr{y} vectors of numbers directly.
7936 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
7937 a random direction exactly gives us an @expr{[x, y]} step of unit
7938 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
7939 we might want to lower the precision a bit for it.
7941 @smallexample
7942 @group
7943 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
7944 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
7945     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
7946                      ...
7948     [0,0] 50   m d  p 6 @key{RET}   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> @key{RET}
7949 @end group
7950 @end smallexample
7952 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
7954 An interesting twist on these random walk functions would be to use
7955 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
7956 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
7957 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
7958 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
7959 Schwartz.)
7961 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
7962 @subsection Types Tutorial Exercise 1
7964 @noindent
7965 If the number is the square root of @cpi{} times a rational number,
7966 then its square, divided by @cpi{}, should be a rational number.
7968 @smallexample
7969 @group
7970 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
7971     .                    .                    .
7973                          2 ^ P /              c F
7974 @end group
7975 @end smallexample
7977 @noindent
7978 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
7979 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
7980 happens to be the fraction which most closely represents some
7981 irrational number to within 12 digits.
7983 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
7984 precision slightly and try again:
7986 @smallexample
7987 @group
7988 1:  0.509433962268     1:  27:53
7989     .                      .
7991     U p 10 @key{RET}             c F
7992 @end group
7993 @end smallexample
7995 @noindent
7996 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
7997 this simple to within ten digits, so our original number was probably
7998 @texline @math{\sqrt{27 \pi / 53}}.
7999 @infoline @expr{sqrt(27 pi / 53)}.
8001 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
8002 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
8003 to the current precision before they begin.
8005 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
8006 @subsection Types Tutorial Exercise 2
8008 @noindent
8009 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
8010 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
8012 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
8013 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
8014 far as Calc is concerned all infinities are as just as big.
8015 In other words, as @expr{x} goes to infinity, @expr{e^x} also goes
8016 to infinity, but the fact the @expr{e^x} grows much faster than
8017 @expr{x} is not relevant here.
8019 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8020 the input is infinite.
8022 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @expr{(0, 1)}
8023 represents the imaginary number @expr{i}.  Here's a derivation:
8024 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8025 The first part is, by definition, @expr{i}; the second is @code{inf}
8026 because, once again, all infinities are the same size.
8028 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8029 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8030 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8031 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8033 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @expr{x} points,
8034 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8036 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8037 input.  As in the @expr{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8038 here if you have turned on Infinite mode.  Otherwise, it will
8039 treat @samp{ln(0)} as an error.
8041 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8042 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8044 @noindent
8045 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8046 @expr{a}, just by claiming that we added @expr{a} to the first
8047 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8048 values of @expr{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8049 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8050 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8052 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8053 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8054 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8055 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8057 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8058 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8059 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8060 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8061 unable to tell what the true answer is.
8063 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8064 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8066 @smallexample
8067 @group
8068 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8069 1:  17                          .
8070     .
8072     0@@ 47' 26" @key{RET} 17           /
8073 @end group
8074 @end smallexample
8076 @noindent
8077 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8079 @smallexample
8080 @group
8081 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8082 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8083     .
8085     20"                      +                      17 *
8086 @end group
8087 @end smallexample
8089 @noindent
8090 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8092 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8093 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8095 @noindent
8096 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8097 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8098 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8100 @smallexample
8101 @group
8102 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8103     .                         .                        .
8105     ' <2/13> @key{RET}       @key{DEL}    ' <3/13> @key{RET}             t I
8106 @end group
8107 @end smallexample
8109 @noindent
8110 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8112 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8113 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8114 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8115 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8116 argument is exactly what we want to map over:
8118 @smallexample
8119 @group
8120 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8121 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8122     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8123                                .
8125     v x 6 @key{RET}                  V M t I
8126 @end group
8127 @end smallexample
8129 @noindent
8130 Et voil@`a, September 13, 1991 is a Friday.
8132 @smallexample
8133 @group
8134 1:  242
8135     .
8137 ' <sep 13> - <jan 14> @key{RET}
8138 @end group
8139 @end smallexample
8141 @noindent
8142 And the answer to our original question:  242 days to go.
8144 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8145 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8147 @noindent
8148 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8149 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8150 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8151 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8152 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8153 don't know the leap year rule.
8155 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8156 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8157 the number of days between now and then, and compare that to the
8158 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8159 equal to the number of leap years there were.
8161 @smallexample
8162 @group
8163 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8164     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8165                                .
8167   ' <jan 1 10001> @key{RET}         ' <jan 1 1991> @key{RET}          -
8169 @end group
8170 @end smallexample
8171 @noindent
8172 @smallexample
8173 @group
8174 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8175 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8176 1:  1991              .               .
8177     .
8179   10001 @key{RET} 1991      -               365 *           -
8180 @end group
8181 @end smallexample
8183 @c [fix-ref Date Forms]
8184 @noindent
8185 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8186 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8187 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8188 background information in that regard.)
8190 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8191 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8193 @noindent
8194 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8195 @samp{+/-} notation may be used.
8197 @smallexample
8198 @group
8199 1:  1.              2:  1.
8200     .               1:  0.2
8201                         .
8203     20 @key{RET} .05 *        4 @key{RET} .05 *
8204 @end group
8205 @end smallexample
8207 Now we simply chug through the formula.
8209 @smallexample
8210 @group
8211 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8212     .                    .                        .
8214     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 @key{RET} 2 ^ *
8215 @end group
8216 @end smallexample
8218 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8219 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8221 @smallexample
8222 @group
8223 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8224 2:  6316.5                1:  0.1118
8225 1:  706.21                    .
8226     .
8228     @key{RET} v u                   @key{TAB} /
8229 @end group
8230 @end smallexample
8232 @noindent
8233 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8235 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8236 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8238 @noindent
8239 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8240 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8241 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8242 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8243 but with no upper bound.
8245 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8247 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8248 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8249 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8250 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8252 If you turn on Infinite mode by pressing @kbd{m i}, you will
8253 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8254 as a possible value.
8256 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8257 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8258 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8259 will be either greater than @mathit{0.1}, or less than @mathit{-0.1}.  Thus
8260 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8261 in it from @mathit{-0.1} to @mathit{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8262 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8263 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8264 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8265 that interval arithmetic can do in this case.
8267 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8268 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8270 @smallexample
8271 @group
8272 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8273     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8274                         .                 .
8276     [ 3 n .. 3 ]        @key{RET} 2 ^           @key{TAB} @key{RET} *
8277 @end group
8278 @end smallexample
8280 @noindent
8281 In the first case the result says, ``if a number is between @mathit{-3} and
8282 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8283 of two numbers each between @mathit{-3} and 3 is between @mathit{-9} and 9.''
8285 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8286 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8287 for different numbers.
8289 The same issue arises when you try to square an error form.
8291 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8292 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8294 @noindent
8295 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @expr{x}.
8297 @smallexample
8298 @group
8299 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8300     .                      811749612              .
8301                            .
8303     17 M 811749613 @key{RET}     811749612              ^
8304 @end group
8305 @end smallexample
8307 @noindent
8308 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8309 must not be prime.
8311 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8312 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8313 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8314 use this method to test the second number.
8316 @smallexample
8317 @group
8318 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8319 1:  15485863                           .
8320     .
8322  [17 42 100000] 15485863 @key{RET}           V M ' ($$ mod $)^($-1) @key{RET}
8323 @end group
8324 @end smallexample
8326 @noindent
8327 The result is three ones (modulo @expr{n}), so it's very probable that
8328 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8330 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8331 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8332 the power using full integer arithmetic.
8334 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8335 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8336 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8337 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8339 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8340 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8342 @noindent
8343 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8344 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8345 multiply the number by an HMS form representing one second:
8347 @smallexample
8348 @group
8349 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8350     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8351                           .
8353     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8355 @end group
8356 @end smallexample
8357 @noindent
8358 @smallexample
8359 @group
8360 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8361 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8362     .
8364     x time @key{RET}                         +
8365 @end group
8366 @end smallexample
8368 @noindent
8369 It will be just after six in the morning.
8371 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8372 HMS form:
8374 @smallexample
8375 @group
8376 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8377     .                                 .
8379   ' hms(0, 0, 1e7 pi) @key{RET}             =
8380 @end group
8381 @end smallexample
8383 @noindent
8384 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8385 the actual number 3.14159...
8387 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8388 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8390 @noindent
8391 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8392 each.
8394 @smallexample
8395 @group
8396 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8397 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8398     .
8400     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8402 @end group
8403 @end smallexample
8404 @noindent
8405 @smallexample
8406 @group
8407 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8408     .
8410     17 *
8411 @end group
8412 @end smallexample
8414 @noindent
8415 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8417 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8418 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8420 @noindent
8421 Type @kbd{' 1 yr @key{RET} u c s @key{RET}}.  The answer is 31557600 seconds.
8423 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8424 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8426 @noindent
8427 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8428 to the other?
8430 @smallexample
8431 @group
8432 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8433     .                 .
8435  ' 1 m / c @key{RET}        u c ns @key{RET}
8436 @end group
8437 @end smallexample
8439 @noindent
8440 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8442 @smallexample
8443 @group
8444 1:  3.3356 ns     1:  0.81356 ns / ns     1:  0.81356
8445 2:  4.1 ns            .                       .
8446     .
8448   ' 4.1 ns @key{RET}        /                       u s
8449 @end group
8450 @end smallexample
8452 @noindent
8453 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8454 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8455 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8457 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8458 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8460 @noindent
8461 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8462 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8464 @smallexample
8465 @group
8466 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8467     .              1:  5 yd / hr            .
8468                        .
8470   ' 55 mph @key{RET}       ' 5 yd/hr @key{RET}          /
8471 @end group
8472 @end smallexample
8474 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8475 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8476 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8478 @smallexample
8479 @group
8480 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8481     .            1:  2                .
8482                      .
8484     u s              2                B
8485 @end group
8486 @end smallexample
8488 @noindent
8489 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8491 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8492 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8494 @noindent
8495 @c [fix-ref Declarations]
8496 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @expr{x} by the
8497 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8498 if @w{@expr{x = -4}}.)  If @expr{x} is real, this formula could be
8499 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8500 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8501 that @expr{x} is known to be real.)
8503 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8504 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8506 @noindent
8507 Suppose our roots are @expr{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8508 is zero when @expr{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8509 @expr{x-a} is zero when @expr{x=a}, so the product @expr{(x-a)(x-b)(x-c)}
8510 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8511 familiar form.
8513 @smallexample
8514 @group
8515 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8516     .                          .
8518     r 2                        a P x @key{RET}
8520 @end group
8521 @end smallexample
8522 @noindent
8523 @smallexample
8524 @group
8525 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  (x - 1.19023) (x + 1.19023) x
8526     .                                     .
8528     V M ' x-$ @key{RET}                         V R *
8530 @end group
8531 @end smallexample
8532 @noindent
8533 @smallexample
8534 @group
8535 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8536     .                          .
8538     a c x @key{RET}                  24 n *  a x
8539 @end group
8540 @end smallexample
8542 @noindent
8543 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8544 same as the original polynomial.
8546 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8547 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8549 @smallexample
8550 @group
8551 1:  x sin(pi x)         1:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8552     .                       .
8554   ' x sin(pi x) @key{RET}   m r   a i x @key{RET}
8556 @end group
8557 @end smallexample
8558 @noindent
8559 @smallexample
8560 @group
8561 1:  [y, 1]
8562 2:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8563     .
8565   ' [y,1] @key{RET} @key{TAB}
8567 @end group
8568 @end smallexample
8569 @noindent
8570 @smallexample
8571 @group
8572 1:  [(sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2, (sin(pi) - pi cos(pi)) / pi^2]
8573     .
8575     V M $ @key{RET}
8577 @end group
8578 @end smallexample
8579 @noindent
8580 @smallexample
8581 @group
8582 1:  (sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2 + (pi cos(pi) - sin(pi)) / pi^2
8583     .
8585     V R -
8587 @end group
8588 @end smallexample
8589 @noindent
8590 @smallexample
8591 @group
8592 1:  (sin(3.14159 y) - 3.14159 y cos(3.14159 y)) / 9.8696 - 0.3183
8593     .
8595     =
8597 @end group
8598 @end smallexample
8599 @noindent
8600 @smallexample
8601 @group
8602 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8603     .
8605     v x 5 @key{RET}  @key{TAB}  V M $ @key{RET}
8606 @end group
8607 @end smallexample
8609 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8610 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8612 @noindent
8613 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
8614 the contributions from the slices, since the slices have varying
8615 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
8616 coefficients.  Here's one way:
8618 @smallexample
8619 @group
8620 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
8621 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
8622     .                      .
8624     1 n v x 9 @key{RET}          V M ^  3 @key{TAB}             -
8626 @end group
8627 @end smallexample
8628 @noindent
8629 @smallexample
8630 @group
8631 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8632     .                          .
8634     1 |                        1 @key{TAB} |
8635 @end group
8636 @end smallexample
8638 @noindent
8639 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
8640 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
8642 @smallexample
8643 @group
8644 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8645 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
8646     .
8648  11 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}  C-u v x
8650 @end group
8651 @end smallexample
8652 @noindent
8653 @smallexample
8654 @group
8655 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8656 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
8657     .
8659     ' sin(x) ln(x) @key{RET}   m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
8660 @end group
8661 @end smallexample
8663 @noindent
8664 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
8665 same thing.
8667 @smallexample
8668 @group
8669 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
8670     .              .              .
8672     *              .1 *           3 /
8673 @end group
8674 @end smallexample
8676 @noindent
8677 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
8679 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
8680 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
8682 @noindent
8683 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
8685 @smallexample
8686 @group
8687                                                ___
8688                                           2 + V 2
8689 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  --------
8690     .                                          ___
8691                                           1 + V 2
8693                                           .
8695   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) @key{RET}         d B
8696 @end group
8697 @end smallexample
8699 @noindent
8700 Multiplying by the conjugate helps because @expr{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
8702 @smallexample
8703 @group
8704           ___    ___
8705 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
8706     .
8708   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) @key{RET}
8710 @end group
8711 @end smallexample
8712 @noindent
8713 @smallexample
8714 @group
8715          ___                         ___
8716 1:  2 + V 2  - 2                1:  V 2
8717     .                               .
8719   a r a*(b+c) := a*b + a*c          a s
8720 @end group
8721 @end smallexample
8723 @noindent
8724 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
8725 second step.)
8727 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
8728 different circumstances, such as when the denominator involves
8729 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
8731 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
8732 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
8734 @noindent
8735 Here is the rule set:
8737 @smallexample
8738 @group
8739 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
8740   fib(1, x, y) := x,
8741   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
8742 @end group
8743 @end smallexample
8745 @noindent
8746 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
8747 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
8748 second rule converts back from three-argument form once the computation
8749 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
8750 says that if @expr{x} and @expr{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
8751 then @expr{y} and @expr{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
8752 numbers.
8754 Notice that because the number @expr{n} was ``validated'' by the
8755 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
8756 the other rules because the rule set would never get that far unless
8757 the input were valid.  That further speeds computation, since no
8758 extra conditions need to be checked at every step.
8760 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
8761 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
8762 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
8763 help keep this from happening by accident would be to use something like
8764 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
8765 function.
8767 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
8768 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
8770 @noindent
8771 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
8772 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
8773 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
8774 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
8775 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
8776 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
8777 to make sure the rule applied only once.
8779 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
8780 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
8781 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
8782 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
8783 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
8784 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
8785 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
8786 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
8787 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
8789 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
8790 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
8792 @noindent
8793 @ignore
8794 @starindex
8795 @end ignore
8796 @tindex seq
8797 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
8799 @smallexample
8800 @group
8801 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
8802   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
8803 @end group
8804 @end smallexample
8806 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
8807 rules produces the following sequence of formulas:
8809 @example
8810 seq( 3, 1)
8811 seq(10, 2)
8812 seq( 5, 3)
8813 seq(16, 4)
8814 seq( 8, 5)
8815 seq( 4, 6)
8816 seq( 2, 7)
8817 seq( 1, 8)
8818 @end example
8820 @noindent
8821 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
8823 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
8825 @smallexample
8826 @group
8827 [ seq(n) := seq(n, 0),
8828   seq(1, c) := c,
8829   ... ]
8830 @end group
8831 @end smallexample
8833 @noindent
8834 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
8835 as the result.
8837 The change to return a vector is quite simple:
8839 @smallexample
8840 @group
8841 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
8842   seq(1, v) := v | 1,
8843   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
8844   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
8845 @end group
8846 @end smallexample
8848 @noindent
8849 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
8851 Notice that the @expr{n > 1} guard is no longer necessary on the last
8852 rule since the @expr{n = 1} case is now detected by another rule.
8853 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
8854 initial value is suitable before the computation begins.
8856 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
8857 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
8858 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
8859 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
8860 apply and the rewrites will stop right away.
8862 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
8863 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
8865 @noindent
8866 @ignore
8867 @starindex
8868 @end ignore
8869 @tindex nterms
8870 If @expr{x} is the sum @expr{a + b}, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' must
8871 be `@tfn{nterms(}@var{a}@tfn{)}' plus `@tfn{nterms(}@var{b}@tfn{)}'.  If @expr{x}
8872 is not a sum, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' = 1.
8874 @smallexample
8875 @group
8876 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
8877   nterms(x)     := 1 ]
8878 @end group
8879 @end smallexample
8881 @noindent
8882 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
8883 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
8884 already know that @samp{x} is not a sum.
8886 @node Rewrites Answer 6, Programming Answer 1, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
8887 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
8889 @noindent
8890 Here is a rule set that will do the job:
8892 @smallexample
8893 @group
8894 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
8895   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
8896      :: constant(a) :: constant(b),
8897   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
8898      :: constant(a) :: constant(b),
8899   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
8900   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
8901   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
8902 @end group
8903 @end smallexample
8905 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
8906 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
8907 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
8908 say, @code{O}, first.
8910 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
8911 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
8912 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
8913 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
8914 you if you put it into @code{EvalRules}!
8916 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
8917 The optional constant coefficients are there mostly so that
8918 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
8919 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
8921 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
8923 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
8924 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
8925 with @samp{a = 1/4}.)
8927 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
8928 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
8929 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
8930 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
8931 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
8933 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
8935 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
8936 that represents truncated power series.  We might represent these as
8937 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
8938 a vector of coefficients for @expr{x^0}, @expr{x^1}, @expr{x^2}, and so
8939 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
8940 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
8941 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
8942 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
8943 you could still enter power series in exactly the same notation as
8944 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
8945 although the objects would be a bit harder to read.
8947 @c [fix-ref Compositions]
8948 Some other symbolic math programs provide a power series data type
8949 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
8950 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
8951 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
8952 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
8953 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
8954 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
8955 objects have a special display format that makes them look like
8956 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
8957 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
8958 this it would probably be better to write the formatting routine
8959 in Lisp.)
8961 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
8962 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
8964 @noindent
8965 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
8966 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
8967 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
8968 change this to @samp{(x)} since @expr{t} is really a dummy variable
8969 to be used within @code{ninteg}.
8971 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si @key{RET} @key{RET} C-b C-b @key{DEL} @key{DEL} @key{RET} y}.
8972 (The @kbd{C-b C-b @key{DEL} @key{DEL}} are what fix the argument list.)
8974 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
8975 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
8977 @noindent
8978 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
8979 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-@key{TAB} n M-@key{TAB} M-@key{TAB} C-x )}.
8981 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
8982 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
8984 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
8985 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
8986 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
8988 Just for kicks, let's also do it algebraically:
8989 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ @key{RET} C-x )}}.
8991 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
8992 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
8994 @noindent
8995 Each of these functions can be computed using the stack, or using
8996 algebraic entry, whichever way you prefer:
8998 @noindent
8999 Computing 
9000 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}}:
9001 @infoline @expr{sin(x) / x}:
9003 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{RET} S @key{TAB} /  C-x )}.
9005 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ @key{RET}  C-x )}.
9007 @noindent
9008 Computing the logarithm:
9010 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{TAB} B  C-x )}
9012 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) @key{RET}  C-x )}.
9014 @noindent
9015 Computing the vector of integers:
9017 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 @key{RET} 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9018 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9019 from the stack.)
9021 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9022 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9023 next command.)
9025 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) @key{RET}  C-x )}.
9027 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9028 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9030 @noindent
9031 Here's one way:  @kbd{C-x ( @key{RET} V R + @key{TAB} v l / C-x )}.
9033 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9034 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9036 @smallexample
9037 @group
9038 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9039 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9040     .                                            .
9042    1 @key{RET} 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9043 @end group
9044 @end smallexample
9046 @noindent
9047 This answer is quite accurate.
9049 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9050 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9052 @noindent
9053 Here is the matrix:
9055 @example
9056 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9057   [ 1, 1 ] ]
9058 @end example
9060 @noindent
9061 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @expr{n+1}
9062 and @expr{n+2}.  Here's one program that does the job:
9064 @example
9065 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] @key{RET} v u @key{DEL} C-x )
9066 @end example
9068 @noindent
9069 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9070 matrix (or other value) to the power @expr{n} in only 
9071 @texline @math{\log_2 n}
9072 @infoline @expr{log(n,2)}
9073 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9074 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9075 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9076 required so many steps that it would not have been practical.
9078 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9079 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9081 @noindent
9082 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9083 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9084 a separate variable to hold the integer counter.
9086 @smallexample
9087 @group
9088 1:  1          2:  1       1:  .
9089     .          1:  4
9090                    .
9092     1 t 1       1 @key{RET} 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9093 @end group
9094 @end smallexample
9096 @noindent
9097 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9098 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9099 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9100 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9101 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9102 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9103 loop counter exceeds 4.
9105 @smallexample
9106 @group
9107 2:  31                  3:  31
9108 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9109     .                   1:  4.02724519544
9110                             .
9112     r 1 r 2                 @key{RET} 31 & +
9113 @end group
9114 @end smallexample
9116 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9117 harmonic number is 4.02.
9119 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9120 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9122 @noindent
9123 The first step is to compute the derivative @expr{f'(x)} and thus
9124 the formula 
9125 @texline @math{\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}}.
9126 @infoline @expr{x - f(x)/f'(x)}.
9128 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9129 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9130 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9131 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9132 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9133 just for purposes of illustration.)
9135 @smallexample
9136 @group
9137 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9138 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9139     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9140                                      .
9142 ' sin(cos(x))-0.5 @key{RET} 4.5  m r  C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}
9144 @end group
9145 @end smallexample
9146 @noindent
9147 @smallexample
9148 @group
9149 2:  4.5
9150 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9151     .
9153     /  ' x @key{RET} @key{TAB} -   t 1
9154 @end group
9155 @end smallexample
9157 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9158 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9159 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9160 repetitions are done.)
9162 @smallexample
9163 @group
9164 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9165     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9166                 1:  4.5                         .
9167                     .
9169   20 Z <          @key{RET} r 1 @key{TAB}                 s l x @key{RET}
9170 @end group
9171 @end smallexample
9173 This is the new guess for @expr{x}.  Now we compare it with the
9174 old one to see if we've converged.
9176 @smallexample
9177 @group
9178 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9179 2:  5.24196     1:  0               .               .
9180 1:  4.5             .
9181     .
9183   @key{RET} M-@key{TAB}         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9184 @end group
9185 @end smallexample
9187 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9188 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9190 @smallexample
9191 @group
9192 2:  5.26345856348
9193 1:  0.499999999997
9194     .
9196  @key{RET} ' sin(cos($)) @key{RET}
9197 @end group
9198 @end smallexample
9200 Let's test the new definition again:
9202 @smallexample
9203 @group
9204 2:  x^2 - 9           1:  3.
9205 1:  1                     .
9206     .
9208   ' x^2-9 @key{RET} 1           X
9209 @end group
9210 @end smallexample
9212 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9214 @example
9215 @group
9216 C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}  /  ' x @key{RET} @key{TAB} -  t 1
9217            20 Z <  @key{RET} r 1 @key{TAB}  s l x @key{RET}
9218                    @key{RET} M-@key{TAB}  a =  Z /
9219               Z >
9220       Z '
9221 C-x )
9222 @end group
9223 @end example
9225 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9226 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9227 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9228 to see how to use it.
9230 @c [fix-ref Root Finding]
9231 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9232 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9233 @xref{Root Finding}.
9235 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9236 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9238 @noindent
9239 The first step is to adjust @expr{z} to be greater than 5.  A simple
9240 ``for'' loop will do the job here.  If @expr{z} is less than 5, we
9241 reduce the problem using 
9242 @texline @math{\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z}.
9243 @infoline @expr{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9244 on to compute 
9245 @texline @math{\psi(z+1)},
9246 @infoline @expr{psi(z+1)}, 
9247 and remember to add back a factor of @expr{-1/z} when we're done.  This
9248 step is repeated until @expr{z > 5}.
9250 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9251 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9252 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9253 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9254 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9255 just for purposes of illustration.)
9257 @smallexample
9258 @group
9259 1:  1.             1:  1.
9260     .                  .
9262  1.0 @key{RET}       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9263 @end group
9264 @end smallexample
9266 Here, variable 1 holds @expr{z} and variable 2 holds the adjustment
9267 factor.  If @expr{z < 5}, we use a loop to increase it.
9269 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9270 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9271 and will never converge because fractions compare equal only if they
9272 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9274 @smallexample
9275 @group
9276 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9277 2:  1.      1:  1            .
9278 1:  5           .
9279     .
9281   @key{RET} 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9282 @end group
9283 @end smallexample
9285 Now we compute the initial part of the sum:  
9286 @texline @math{\ln z - {1 \over 2z}}
9287 @infoline @expr{ln(z) - 1/2z}
9288 minus the adjustment factor.
9290 @smallexample
9291 @group
9292 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9293 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9294     .                      .
9296     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9297 @end group
9298 @end smallexample
9300 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9301 up the value of @expr{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9302 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9304 @smallexample
9305 @group
9306 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9307 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9308 1:  40            1:  2              2:  2                .
9309     .                 .              1:  36.
9310                                          .
9312    2 @key{RET} 40        Z ( @key{RET} k b @key{TAB}     @key{RET} r 1 @key{TAB} ^      * /
9314 @end group
9315 @end smallexample
9316 @noindent
9317 @smallexample
9318 @group
9319 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9320 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9321 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9322     .                 .
9324   @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}       - @key{RET} M-@key{TAB}      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9325 @end group
9326 @end smallexample
9328 This is the value of 
9329 @texline @math{-\gamma},
9330 @infoline @expr{- gamma}, 
9331 with a slight bit of roundoff error.  To get a full 12 digits, let's use
9332 a higher precision:
9334 @smallexample
9335 @group
9336 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9337 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9339     1. @key{RET}                   p 16 @key{RET} X
9340 @end group
9341 @end smallexample
9343 Here's the complete sequence of keystrokes:
9345 @example
9346 @group
9347 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9348            @key{RET} 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9349            L r 1 2 * & - r 2 -
9350            2 @key{RET} 40  Z (  @key{RET} k b @key{TAB} @key{RET} r 1 @key{TAB} ^ * /
9351                           @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} - @key{RET} M-@key{TAB} a = Z /
9352                   2  Z )
9353       Z '
9354 C-x )
9355 @end group
9356 @end example
9358 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9359 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9361 @noindent
9362 Taking the derivative of a term of the form @expr{x^n} will produce
9363 a term like 
9364 @texline @math{n x^{n-1}}.
9365 @infoline @expr{n x^(n-1)}.  
9366 Taking the derivative of a constant
9367 produces zero.  From this it is easy to see that the @expr{n}th
9368 derivative of a polynomial, evaluated at @expr{x = 0}, will equal the
9369 coefficient on the @expr{x^n} term times @expr{n!}.
9371 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9372 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9373 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9374 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9375 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9376 just for purposes of illustration.)
9378 @smallexample
9379 @group
9380 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9381 1:  6                          2:  0
9382     .                          1:  6
9383                                    .
9385   ' 5 x^4 + (x+1)^2 @key{RET} 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9386 @end group
9387 @end smallexample
9389 @noindent
9390 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9392 @smallexample
9393 @group
9394 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9395 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9396     .              1:  1                      .
9397                        .
9399    Z ( @key{TAB}         @key{RET} 0 s l x @key{RET}            M-@key{TAB} ! /  s | 1
9400 @end group
9401 @end smallexample
9403 @noindent
9404 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9405 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9406 have written instead, @kbd{r 1 @key{TAB} | t 1}.
9408 @smallexample
9409 @group
9410 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9411     .                         .             .
9413     a d x @key{RET}                 1 Z )         @key{DEL} r 1  Z ' C-x )
9414 @end group
9415 @end smallexample
9417 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9418 against a table of powers of @expr{x}.
9420 @smallexample
9421 @group
9422 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9423 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9424     .                            .
9426     6 @key{RET}                        1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x
9428 @end group
9429 @end smallexample
9430 @noindent
9431 @smallexample
9432 @group
9433 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9434 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9435     .
9437     ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^            *
9438 @end group
9439 @end smallexample
9441 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9443 @example
9444 @group
9445 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9446            Z (  @key{TAB} @key{RET} 0 s l x @key{RET} M-@key{TAB} ! /  s | 1
9447                 a d x @key{RET}
9448          1 Z ) r 1
9449       Z '
9450 C-x )
9452 C-x (  1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^ *  C-x )
9453 @end group
9454 @end example
9456 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9457 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9459 @noindent
9460 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9461 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9462 return one number, so @key{DEL} as a dummy definition will make
9463 sure the stack comes out right.
9465 @smallexample
9466 @group
9467 2:  4          1:  4                         2:  4
9468 1:  2              .                         1:  2
9469     .                                            .
9471   4 @key{RET} 2       C-x ( @key{DEL} C-x )  Z K s @key{RET}       2
9472 @end group
9473 @end smallexample
9475 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9476 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9477 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9478 to the form @expr{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9480 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9481 below.  You can use @kbd{C-x * m} to load it from there.)
9483 @smallexample
9484 @group
9485 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9486 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9487     .        2:  4       1:  0           .
9488              1:  2           .
9489                  .
9491   C-x (       M-2 @key{RET}        a =         Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1  Z :
9493 @end group
9494 @end smallexample
9495 @noindent
9496 @smallexample
9497 @group
9498 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9499 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9500 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9501 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9502     .                                                .        .
9504   @key{RET} 0   a = Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0  Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB}   M-2 @key{RET}     1 -      z s
9505 @end group
9506 @end smallexample
9508 @noindent
9509 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9510 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9512 @smallexample
9513 @group
9514 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9515 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9516 1:  2               2:  3           1:  3           .
9517     .               1:  2               .
9518                         .
9520  M-@key{TAB} M-@key{TAB}     @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}         z s          *          -
9522 @end group
9523 @end smallexample
9524 @noindent
9525 @smallexample
9526 @group
9527 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9528     .                           1:  2              .       1:  11
9529                                     .                          .
9531   Z ] Z ] C-x )   Z K s @key{RET}      @key{DEL} 4 @key{RET} 2       z s      M-@key{RET} k s
9532 @end group
9533 @end smallexample
9535 Even though the result that we got during the definition was highly
9536 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9537 the right answers.
9539 Here's the full program once again:
9541 @example
9542 @group
9543 C-x (  M-2 @key{RET} a =
9544        Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1
9545        Z :  @key{RET} 0 a =
9546             Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0
9547             Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB} M-2 @key{RET} 1 - z s
9548                  M-@key{TAB} M-@key{TAB} @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} z s * -
9549             Z ]
9550        Z ]
9551 C-x )
9552 @end group
9553 @end example
9555 You can read this definition using @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro})
9556 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9557 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9558 definition as it reads it in.  For this reason, @code{C-x * m} is often
9559 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9561 @node Programming Answer 12,  , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9562 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9564 @noindent
9565 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9566 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9568 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9569 Stirling numbers in a convenient variable:
9571 @smallexample
9572 s e StirlingRules @key{RET}
9573 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9574   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9575   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9576 C-c C-c
9577 @end smallexample
9579 Now, it's just a matter of applying the rules:
9581 @smallexample
9582 @group
9583 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9584 1:  2              .                        .
9585     .
9587   4 @key{RET} 2       C-x (  ' s($$,$) @key{RET}     a r StirlingRules @key{RET}  C-x )
9588 @end group
9589 @end smallexample
9591 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9592 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9593 the last rule.
9595 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9596 @tex
9597 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9598 @end tex
9600 @c [reference]
9602 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9603 @chapter Introduction
9605 @noindent
9606 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9607 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9608 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9610 @c [when-split]
9611 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
9613 @menu
9614 * Basic Commands::
9615 * Help Commands::
9616 * Stack Basics::
9617 * Numeric Entry::
9618 * Algebraic Entry::
9619 * Quick Calculator::
9620 * Prefix Arguments::
9621 * Undo::
9622 * Error Messages::
9623 * Multiple Calculators::
9624 * Troubleshooting Commands::
9625 @end menu
9627 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
9628 @section Basic Commands
9630 @noindent
9631 @pindex calc
9632 @pindex calc-mode
9633 @cindex Starting the Calculator
9634 @cindex Running the Calculator
9635 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
9636 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
9637 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
9638 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
9639 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
9640 mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
9641 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
9642 list of the results of all calculations that have been done.  The
9643 Calc Trail buffer uses a variant of Calc mode, so Calculator commands
9644 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
9645 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
9646 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.
9648 @kindex C-x * c
9649 @kindex C-x * *
9650 @ignore
9651 @mindex @null
9652 @end ignore
9653 In most installations, the @kbd{C-x * c} key sequence is a more
9654 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{C-x * *} 
9655 is a synonym for @kbd{C-x * c} unless you last used Calc
9656 in its Keypad mode.
9658 @kindex x
9659 @kindex M-x
9660 @pindex calc-execute-extended-command
9661 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
9662 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
9663 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
9664 key (@code{calc-execute-extended-command})
9665 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
9666 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
9667 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.
9669 Although Calc is designed to be used from the keyboard, some of
9670 Calc's more common commands are available from a menu.  In the menu, the
9671 arguments to the functions are given by referring to their stack level
9672 numbers.
9674 @cindex Extensions module
9675 @cindex @file{calc-ext} module
9676 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{C-x * c}, the
9677 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
9678 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
9679 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
9680 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
9681 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
9682 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
9683 extension module automatically, you can force it to load all the
9684 extensions by using the @kbd{C-x * L} (@code{calc-load-everything})
9685 command.  @xref{Mode Settings}.
9687 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{C-x * c} with any numeric prefix argument,
9688 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
9689 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
9690 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
9691 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
9692 to auto-load the Calculator.
9694 @kindex C-x * b
9695 @pindex full-calc
9696 If you type @kbd{C-x * b}, then next time you use @kbd{C-x * c} you
9697 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
9698 When full-screen mode is on, @kbd{C-x * c} runs the @code{full-calc}
9699 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
9700 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
9701 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
9702 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
9704 @kindex C-x * o
9705 @pindex calc-other-window
9706 The @kbd{C-x * o} command is like @kbd{C-x * c} except that the Calc
9707 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
9708 window, @kbd{C-x * o} switches you out of it.  (The regular Emacs
9709 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
9710 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
9711 @kbd{C-x * o} takes care not to do.)
9713 @ignore
9714 @mindex C-x * q
9715 @end ignore
9716 For one quick calculation, you can type @kbd{C-x * q} (@code{quick-calc})
9717 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
9718 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
9719 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
9721 @ignore
9722 @mindex C-x * k
9723 @end ignore
9724 Finally, if you are using the X window system you may want to try
9725 @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
9726 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
9727 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
9729 @kindex q
9730 @pindex calc-quit
9731 @cindex Quitting the Calculator
9732 @cindex Exiting the Calculator
9733 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc mode and closes the
9734 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
9735 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
9736 contents of the stack intact.  Typing @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}
9737 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
9738 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{C-x * *} as toggling the
9739 Calculator on and off.
9741 @kindex C-x * x
9742 The @kbd{C-x * x} command also turns the Calculator off, no matter which
9743 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
9744 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
9746 @kindex d @key{SPC}
9747 @pindex calc-refresh
9748 @cindex Refreshing a garbled display
9749 @cindex Garbled displays, refreshing
9750 The @kbd{d @key{SPC}} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
9751 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
9752 buffer have been damaged somehow.
9754 @ignore
9755 @mindex o
9756 @end ignore
9757 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
9758 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
9760 @kindex <
9761 @kindex >
9762 @pindex calc-scroll-left
9763 @pindex calc-scroll-right
9764 @cindex Horizontal scrolling
9765 @cindex Scrolling
9766 @cindex Wide text, scrolling
9767 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
9768 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
9769 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
9770 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
9771 window whenever it can.)
9773 @kindex @{
9774 @kindex @}
9775 @pindex calc-scroll-down
9776 @pindex calc-scroll-up
9777 @cindex Vertical scrolling
9778 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
9779 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
9780 height of the Calc window.
9782 @kindex C-x * 0
9783 @pindex calc-reset
9784 The @kbd{C-x * 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{C-x *} followed
9785 by a zero) resets the Calculator to its initial state.  This clears
9786 the stack, resets all the modes to their initial values (the values
9787 that were saved with @kbd{m m} (@code{calc-save-modes})), clears the
9788 caches (@pxref{Caches}), and so on.  (It does @emph{not} erase the
9789 values of any variables.) With an argument of 0, Calc will be reset to
9790 its default state; namely, the modes will be given their default values.
9791 With a positive prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of
9792 the stack but resets everything else to its initial state; with a
9793 negative prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of the
9794 stack but resets everything else to its default state.
9796 @pindex calc-version
9797 The @kbd{M-x calc-version} command displays the current version number
9798 of Calc and the name of the person who installed it on your system.
9799 (This information is also present in the @samp{*Calc Trail*} buffer,
9800 and in the output of the @kbd{h h} command.)
9802 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
9803 @section Help Commands
9805 @noindent
9806 @cindex Help commands
9807 @kindex ?
9808 @pindex calc-help
9809 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
9810 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs'
9811 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
9812 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
9813 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
9814 to see additional commands for that prefix.)
9816 @kindex h h
9817 @pindex calc-full-help
9818 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
9819 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
9820 summary of Calc keystrokes.
9822 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
9823 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
9824 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
9826 @kindex h i
9827 @kindex C-x * i
9828 @kindex i
9829 @pindex calc-info
9830 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
9831 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
9832 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
9833 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
9834 manual.  The @kbd{C-x * i} command is another way to read the Calc
9835 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
9836 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
9837 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
9838 different command in a future version of Calc.
9840 @kindex h t
9841 @kindex C-x * t
9842 @pindex calc-tutorial
9843 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
9844 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
9845 except that it selects the starting node of the tutorial rather
9846 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
9847 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
9848 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
9849 The @kbd{C-x * t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
9850 all times).
9852 @kindex h s
9853 @kindex C-x * s
9854 @pindex calc-info-summary
9855 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
9856 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{C-x * s}
9857 key is equivalent to @kbd{h s}.
9859 @kindex h k
9860 @pindex calc-describe-key
9861 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
9862 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
9863 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
9864 command.  This works by looking up the textual description of
9865 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
9866 node indicated by the index.
9868 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
9869 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
9870 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
9871 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
9873 @kindex h c
9874 @pindex calc-describe-key-briefly
9875 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
9876 key sequence and displays a brief one-line description of it at
9877 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
9878 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
9879 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
9880 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
9881 gives the description:
9883 @smallexample
9884 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
9885 @end smallexample
9887 @noindent
9888 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
9889 takes a value @expr{a} from the stack, prompts for a value @expr{v},
9890 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
9891 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
9892 additional notes from the summary that apply to this command.
9894 @kindex h f
9895 @pindex calc-describe-function
9896 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
9897 algebraic function or a command name in the Calc manual.  Enter an
9898 algebraic function name to look up that function in the Function
9899 Index or enter a command name beginning with @samp{calc-} to look it 
9900 up in the Command Index.  This command will also look up operator
9901 symbols that can appear in algebraic formulas, like @samp{%} and 
9902 @samp{=>}.
9904 @kindex h v
9905 @pindex calc-describe-variable
9906 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
9907 variable in the Calc manual.  Enter a variable name like @code{pi} or
9908 @code{PlotRejects}.
9910 @kindex h b
9911 @pindex describe-bindings
9912 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
9913 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
9914 listed.
9916 @kindex h n
9917 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
9918 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
9919 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
9920 source files.
9922 @kindex h C-c
9923 @kindex h C-d
9924 @kindex h C-w
9925 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
9926 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
9927 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
9928 Bugs'' sections of the manual.
9930 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
9931 @section Stack Basics
9933 @noindent
9934 @cindex Stack basics
9935 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
9936 Calc uses RPN notation.  If you are not familiar with RPN, @pxref{RPN
9937 Tutorial}.
9939 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
9940 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
9941 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
9942 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
9943 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
9944 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
9945 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
9946 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@mathit{-2}).
9948 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
9949 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
9950 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
9951 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
9952 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
9953 @pxref{Truncating the Stack}.
9955 @kindex d l
9956 @pindex calc-line-numbering
9957 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
9958 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
9959 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
9960 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
9961 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
9963 @kindex o
9964 @pindex calc-realign
9965 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
9966 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
9967 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
9968 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
9970 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
9971 two consecutive numbers.
9972 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
9973 would enter the number 12.)  If you press @key{RET} or @key{SPC} @emph{not}
9974 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
9975 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.
9977 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
9978 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
9979 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
9980 commands.
9982 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
9983 @section Numeric Entry
9985 @noindent
9986 @kindex 0-9
9987 @kindex .
9988 @kindex e
9989 @cindex Numeric entry
9990 @cindex Entering numbers
9991 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
9992 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
9993 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
9994 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
9995 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
9997 @cindex Minus signs
9998 @cindex Negative numbers, entering
9999 @kindex _
10000 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
10001 typified by @expr{a-b} (subtraction), @expr{-x}
10002 (change-sign), and @expr{-5} (negative number).  Calc uses three
10003 different keys for these operations, respectively:
10004 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
10005 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
10006 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
10007 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
10008 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
10009 number @mathit{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
10010 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.
10012 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10013 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10014 These notations are described later in this manual with the corresponding
10015 data types.  @xref{Data Types}.
10017 During numeric entry, the only editing key available is @key{DEL}.
10019 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10020 @section Algebraic Entry
10022 @noindent
10023 @kindex '
10024 @pindex calc-algebraic-entry
10025 @cindex Algebraic notation
10026 @cindex Formulas, entering
10027 Calculations can also be entered in algebraic form.  This is accomplished
10028 by typing the apostrophe key, ', followed by the expression in
10029 standard format:  
10031 @example
10032 ' 2+3*4 @key{RET}.
10033 @end example
10035 @noindent
10036 This will compute
10037 @texline @math{2+(3\times4) = 14}
10038 @infoline @expr{2+(3*4) = 14} 
10039 and push it on the stack.  If you wish you can
10040 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10041 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10042 clear previous results off the stack.
10044 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10045 the half-entered number into Algebraic entry mode.  One reason to do this
10046 would be to use the full Emacs cursor motion and editing keys, which are
10047 available during algebraic entry but not during numeric entry.
10049 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10050 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10051 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10052 @xref{Editing Stack Entries}.
10054 @kindex m a
10055 @pindex calc-algebraic-mode
10056 @cindex Algebraic Mode
10057 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10058 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10059 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10060 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10061 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10062 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10063 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10064 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10065 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.
10067 @cindex Incomplete Algebraic Mode
10068 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10069 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10070 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10071 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10073 @kindex m t
10074 @pindex calc-total-algebraic-mode
10075 @cindex Total Algebraic Mode
10076 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10077 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10078 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10079 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10080 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10081 Total Algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10082 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10083 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns Total Algebraic
10084 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10085 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 @key{RET} M-S}.  The symbol
10086 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10088 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10089 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10090 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10092 @kindex $
10093 @cindex Formulas, referring to stack
10094 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10095 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10096 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10097 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10098 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10099 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10100 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10101 first character in the new formula.
10103 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10104 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10105 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10106 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10107 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10108 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10109 since no single @samp{$} appears in this formula.)
10111 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10112 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10113 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10114 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10115 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10116 on the stack and pushes an additional 6.
10118 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10119 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10120 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10121 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10122 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10123 @key{TAB} key.
10125 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-@key{RET}} instead
10126 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10127 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10128 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-@key{RET}} pushes 3.1415.)
10130 If you finish your algebraic entry by pressing @key{LFD} (or @kbd{C-j})
10131 instead of @key{RET}, Calc disables the default simplifications
10132 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10133 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10134 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @expr{1+2};
10135 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10137 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10138 @section ``Quick Calculator'' Mode
10140 @noindent
10141 @kindex C-x * q
10142 @pindex quick-calc
10143 @cindex Quick Calculator
10144 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10145 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{C-x * q} (or
10146 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10147 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10148 area, without ever actually putting up a Calc window.
10150 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10151 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10152 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10153 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10154 forget what it was, just run @code{C-x * q} again and enter
10155 @samp{$} as the formula.
10157 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10158 session, the @kbd{C-x * q} command will create the @code{*Calculator*}
10159 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10160 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10161 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10162 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10163 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10164 the regular @kbd{p} command.
10166 If you use @code{C-x * q} from inside the Calculator buffer, the
10167 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10169 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10170 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10171 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10172 to yank the result into the next @kbd{C-x * q} input line as a more
10173 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10174 into the Calculator stack after typing @kbd{C-x * c}.
10176 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10177 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10178 buffer rather than going into the kill ring.
10180 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10181 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10182 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10183 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10184 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10185 @xref{Store and Recall}.
10187 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10188 the number will also be displayed in hex, octal and binary formats.  If
10189 the integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10190 an ASCII character.
10192 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10193 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10194 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10195 is displayed only according to the current mode settings.  But
10196 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10197 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10198 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10200 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10201 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10202 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10203 small calculations.
10205 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10206 @section Numeric Prefix Arguments
10208 @noindent
10209 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10210 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10211 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10212 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10213 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.
10215 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10216 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10217 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10218 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10219 on the entire stack.
10221 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10222 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10223 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10224 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10225 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10226 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10227 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10228 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10229 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10230 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10231 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10232 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10233 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10234 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10235 argument for some other purpose.
10237 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10238 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10239 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10240 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.
10242 @kindex ~
10243 @pindex calc-num-prefix
10244 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10245 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10246 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10247 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10248 to the fourth power and set the precision to that value.
10250 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10251 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10253 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10254 @section Undoing Mistakes
10256 @noindent
10257 @kindex U
10258 @kindex C-_
10259 @pindex calc-undo
10260 @cindex Mistakes, undoing
10261 @cindex Undoing mistakes
10262 @cindex Errors, undoing
10263 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10264 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10265 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10266 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10267 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10268 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10269 specified number of operations.  The undo history is cleared only by the
10270 @kbd{q} (@code{calc-quit}) command.  (Recall that @kbd{C-x * c} is
10271 synonymous with @code{calc-quit} while inside the Calculator; this
10272 also clears the undo history.)
10274 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10275 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10276 will need to reset the mode yourself.
10278 @kindex D
10279 @pindex calc-redo
10280 @cindex Redoing after an Undo
10281 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10282 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10283 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10284 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10285 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10286 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10287 any other change, then it will be too late to redo.
10289 @kindex M-@key{RET}
10290 @pindex calc-last-args
10291 @cindex Last-arguments feature
10292 @cindex Arguments, restoring
10293 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10294 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10295 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10296 prefix argument, this command applies to the @expr{n}th most recent
10297 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10298 onto the stack.
10300 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10301 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10303 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10304 @xref{Trail Commands}.
10306 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10308 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10309 @section Error Messages
10311 @noindent
10312 @kindex w
10313 @pindex calc-why
10314 @cindex Errors, messages
10315 @cindex Why did an error occur?
10316 Many situations that would produce an error message in other calculators
10317 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10318 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @expr{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10319 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10320 reasons for this to happen.
10322 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10323 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10324 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10325 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10326 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10327 the same computation results in several messages.  (The first message
10328 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10330 @kindex d w
10331 @pindex calc-auto-why
10332 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10333 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10334 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10335 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10336 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10337 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10339 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10340 @section Multiple Calculators
10342 @noindent
10343 @pindex another-calc
10344 It is possible to have any number of Calc mode buffers at once.
10345 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10346 is similar to @kbd{C-x * c} except that if a @samp{*Calculator*}
10347 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10348 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10349 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10350 this would ordinarily never be done.
10352 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10353 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10354 Calculator buffer.
10356 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10357 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10358 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10359 global default values of these variables are used only when a new
10360 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10361 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10363 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10364 Calculator buffers.
10366 @node Troubleshooting Commands,  , Multiple Calculators, Introduction
10367 @section Troubleshooting Commands
10369 @noindent
10370 This section describes commands you can use in case a computation
10371 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10373 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10374 to a bug or deficiency in Calc.
10376 @menu
10377 * Autoloading Problems::
10378 * Recursion Depth::
10379 * Caches::
10380 * Debugging Calc::
10381 @end menu
10383 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10384 @subsection Autoloading Problems
10386 @noindent
10387 The Calc program is split into many component files; components are
10388 loaded automatically as you use various commands that require them.
10389 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10390 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10391 work because some function you've never heard of was undefined.
10393 @kindex C-x * L
10394 @pindex calc-load-everything
10395 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{C-x * L}
10396 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10397 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10398 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10400 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10401 @subsection Recursion Depth
10403 @noindent
10404 @kindex M
10405 @kindex I M
10406 @pindex calc-more-recursion-depth
10407 @pindex calc-less-recursion-depth
10408 @cindex Recursion depth
10409 @cindex ``Computation got stuck'' message
10410 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10411 @cindex @code{max-specpdl-size}
10412 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10413 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10414 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10415 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10416 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10417 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10418 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)
10420 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10421 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10422 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10423 The default value is 1000.
10425 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10426 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10428 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10429 @subsection Caches
10431 @noindent
10432 @cindex Caches
10433 @cindex Flushing caches
10434 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10435 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10436 constant @cpi{} to about 20 decimal places; if the current precision
10437 is greater than this, it will recompute @cpi{} using a series
10438 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10439 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10440 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10441 @cpiover{4} and 
10442 @texline @math{\ln 2}.
10443 @infoline @expr{ln(2)}.  
10444 The visible effect of caching is that
10445 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10446 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10447 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10448 data points computed by the graphing commands.
10450 @pindex calc-flush-caches
10451 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10452 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10453 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10454 The @kbd{C-x * 0} (with the zero key) command also resets caches along
10455 with all other aspects of the Calculator's state.
10457 @node Debugging Calc,  , Caches, Troubleshooting Commands
10458 @subsection Debugging Calc
10460 @noindent
10461 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10462 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10463 your own Calc commands.
10465 @kindex Z T
10466 @pindex calc-timing
10467 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10468 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10469 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10470 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10471 accurate only to within one second.
10473 All steps of executing a command are included; in particular, time
10474 taken to format the result for display in the stack and trail is
10475 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10476 be answered, while others do not; this depends on the exact
10477 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10478 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10479 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10480 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10481 to execute the whole macro.
10483 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10484 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10485 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10486 that may take a long time to format and you don't wish to count
10487 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10488 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10489 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10491 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10492 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10493 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10494 This generally prevents garbage collection during the timing of
10495 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10496 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10497 factor in the timing of Emacs operations.)
10499 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10500 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10501 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10502 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10503 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10504 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10505 in the handler itself rather than at the true location of the
10506 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10507 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10508 will be lost.
10510 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10511 @chapter Data Types
10513 @noindent
10514 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10515 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10516 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10517 types are represented as underlying Lisp objects.)
10519 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10520 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10521 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10522 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10523 arbitrarily:@: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10524 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10525 matrices, or algebraic formulas.
10527 @menu
10528 * Integers::                The most basic data type.
10529 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10530 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10531 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10532 * Infinities::
10533 * Vectors and Matrices::
10534 * Strings::
10535 * HMS Forms::
10536 * Date Forms::
10537 * Modulo Forms::
10538 * Error Forms::
10539 * Interval Forms::
10540 * Incomplete Objects::
10541 * Variables::
10542 * Formulas::
10543 @end menu
10545 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10546 @section Integers
10548 @noindent
10549 @cindex Integers
10550 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10551 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10552 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10553 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10554 floating-point form according to the current Fraction mode.
10555 @xref{Fraction Mode}.)
10557 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10558 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10559 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10560 must not type commas during the entry of numbers.
10562 @kindex #
10563 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10564 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10565 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10566 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10567 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10568 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10569 number, the current display radix is used.
10571 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10572 @section Fractions
10574 @noindent
10575 @cindex Fractions
10576 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10577 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10578 performs RPN division; the following two sequences push the number
10579 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10580 assuming Fraction mode has been enabled.)
10581 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10582 simplest form, which may in fact be an integer.
10584 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10585 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10586 display formats.
10588 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10589 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10590 form).  The numerator and denominator always use the same radix.
10592 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10593 @section Floats
10595 @noindent
10596 @cindex Floating-point numbers
10597 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10598 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10599 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10600 range of acceptable values is from 
10601 @texline @math{10^{-3999999}}
10602 @infoline @expr{10^-3999999} 
10603 (inclusive) to 
10604 @texline @math{10^{4000000}}
10605 @infoline @expr{10^4000000}
10606 (exclusive), plus the corresponding negative values and zero.
10608 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10609 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10610 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10611 indicate that during the calculation a number would have been produced
10612 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10613 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10614 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10615 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10616 would have overflowed!)
10618 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10619 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10620 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10621 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10623 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10624 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
10625 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
10626 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
10627 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
10628 or 0.235.
10630 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
10631 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
10632 displayed in scientific notation.  Various other display options are
10633 available.  @xref{Float Formats}.
10635 @cindex Accuracy of calculations
10636 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
10637 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
10638 number of significant digits specified by the current precision,
10639 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
10640 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
10641 as square roots and transcendental functions are performed with several
10642 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
10643 final result accurate to the full requested precision.  However,
10644 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
10645 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
10646 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
10647 way.
10649 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
10650 and displayed in any radix just like integers and fractions.  Since a
10651 float that is entered in a radix other that 10 will be converted to
10652 decimal, the number that Calc stores may not be exactly the number that
10653 was entered, it will be the closest decimal approximation given the
10654 current precison.  The notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}}
10655 is a floating-point number whose digits are in the specified radix.
10656 Note that the @samp{.}  is more aptly referred to as a ``radix point''
10657 than as a decimal point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is
10658 defined as @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can
10659 use @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific
10660 notation.  The exponent is written in decimal, and is considered to be a
10661 power of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above,
10662 the letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
10663 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
10664 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
10666 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
10667 @section Complex Numbers
10669 @noindent
10670 @cindex Complex numbers
10671 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
10672 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
10673 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
10674 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
10675 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
10676 notation; @pxref{Complex Formats}.
10678 Polar complex numbers are displayed in the form 
10679 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'
10680 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'
10681 where @var{r} is the nonnegative magnitude and 
10682 @texline @math{\theta}
10683 @infoline @var{theta} 
10684 is the argument or phase angle.  The range of 
10685 @texline @math{\theta}
10686 @infoline @var{theta} 
10687 depends on the current angular mode (@pxref{Angular Modes}); it is
10688 generally between @mathit{-180} and @mathit{+180} degrees or the equivalent range
10689 in radians. 
10691 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
10692 @xref{Incomplete Objects}.
10694 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
10695 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
10696 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
10697 a negative real), the current @dfn{Polar mode} is used to determine the
10698 type.  @xref{Polar Mode}.
10700 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
10701 is 0 or 180 degrees or @cpi{} radians) is automatically converted to a real
10702 number.
10704 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
10705 @section Infinities
10707 @noindent
10708 @cindex Infinity
10709 @cindex @code{inf} variable
10710 @cindex @code{uinf} variable
10711 @cindex @code{nan} variable
10712 @vindex inf
10713 @vindex uinf
10714 @vindex nan
10715 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
10716 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
10717 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
10718 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
10719 names for your own variables because Calc gives them special
10720 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
10721 entered using algebraic entry.
10723 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
10724 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
10725 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
10726 really mean is that @expr{1 / x}, as @expr{x} becomes larger and
10727 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
10728 that if @expr{x} got ``all the way to infinity,'' then @expr{1 / x}
10729 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
10730 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that 
10731 @texline @math{e^x}
10732 @infoline @expr{exp(x)} 
10733 grows without bound as @expr{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise
10734 stands for an infinitely negative real value; for example, we say that
10735 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
10736 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
10738 The same concept of limits can be used to define @expr{1 / 0}.  We
10739 really want the value that @expr{1 / x} approaches as @expr{x}
10740 approaches zero.  But if all we have is @expr{1 / 0}, we can't
10741 tell which direction @expr{x} was coming from.  If @expr{x} was
10742 positive and decreasing toward zero, then we should say that
10743 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @expr{x} was negative and increasing
10744 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @expr{x}
10745 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
10746 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
10747 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
10748 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
10750 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
10751 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
10752 already have them.  Thus, @expr{1 / 0} is treated simply as an
10753 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
10754 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
10755 @expr{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
10756 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
10757 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
10758 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
10759 some cases.
10761 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
10762 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
10763 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
10764 adding a finite number like five to it does not affect it.
10765 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
10766 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
10767 Just to show that infinities really are all the same size,
10768 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
10769 notation.
10771 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
10772 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
10773 came from, the answer could be literally anything.  The latter
10774 formula could be the limit of @expr{x / x} (giving a result of one),
10775 or @expr{2 x / x} (giving two), or @expr{x^2 / x} (giving @code{inf}),
10776 or @expr{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
10777 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
10778 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
10779 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
10780 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
10781 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
10782 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
10783 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
10784 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
10785 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on Infinite mode
10786 (as described above).
10788 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
10789 @xref{Interval Forms}.
10791 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
10792 @section Vectors and Matrices
10794 @noindent
10795 @cindex Vectors
10796 @cindex Plain vectors
10797 @cindex Matrices
10798 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
10799 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
10800 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
10801 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
10802 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
10804 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
10805 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
10806 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
10807 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
10808 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
10809 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
10810 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
10811 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
10812 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
10813 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
10814 this case.
10816 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
10817 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
10818 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
10819 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
10820 of its elements.
10822 @ignore
10823 @starindex
10824 @end ignore
10825 @tindex vec
10826 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
10827 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an 
10828 @texline @math{n\times m}
10829 @infoline @var{n}x@var{m}
10830 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
10831 from 1 to @samp{n}.
10833 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
10834 @section Strings
10836 @noindent
10837 @kindex "
10838 @cindex Strings
10839 @cindex Character strings
10840 Character strings are not a special data type in the Calculator.
10841 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
10842 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
10843 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
10844 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
10845 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
10847 @example
10848 @group
10849 \a     7          \^@@    0
10850 \b     8          \^a-z  1-26
10851 \e     27         \^[    27
10852 \f     12         \^\\   28
10853 \n     10         \^]    29
10854 \r     13         \^^    30
10855 \t     9          \^_    31
10856                   \^?    127
10857 @end group
10858 @end example
10860 @noindent
10861 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
10862 character from its ASCII code.
10864 @kindex d "
10865 @pindex calc-display-strings
10866 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
10867 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
10868 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
10869 instead.
10871 The backslash notations shown above are also used for displaying
10872 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
10873 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
10874 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
10875 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
10876 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
10878 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
10879 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
10880 way to do conversions between ASCII characters and integers.
10882 @ignore
10883 @starindex
10884 @end ignore
10885 @tindex string
10886 There is a @code{string} function which provides a different display
10887 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
10888 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
10889 corresponding string of characters with no surrounding quotation
10890 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
10891 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
10892 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
10893 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
10894 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
10896 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
10897 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
10898 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
10899 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
10901 @ignore
10902 @starindex
10903 @end ignore
10904 @tindex bstring
10905 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
10906 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
10907 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
10908 character in the string.
10910 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
10911 @section HMS Forms
10913 @noindent
10914 @cindex Hours-minutes-seconds forms
10915 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
10916 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
10917 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
10918 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
10919 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
10920 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
10921 degrees, minutes, and seconds.
10923 @kindex @@
10924 @ignore
10925 @mindex @null
10926 @end ignore
10927 @kindex ' (HMS forms)
10928 @ignore
10929 @mindex @null
10930 @end ignore
10931 @kindex " (HMS forms)
10932 @ignore
10933 @mindex @null
10934 @end ignore
10935 @kindex h (HMS forms)
10936 @ignore
10937 @mindex @null
10938 @end ignore
10939 @kindex o (HMS forms)
10940 @ignore
10941 @mindex @null
10942 @end ignore
10943 @kindex m (HMS forms)
10944 @ignore
10945 @mindex @null
10946 @end ignore
10947 @kindex s (HMS forms)
10948 The default format for HMS values is
10949 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
10950 @samp{h} (for ``hours'') or
10951 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
10952 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
10953 accepted in place of @samp{"}.
10954 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
10955 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
10956 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
10957 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
10958 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
10959 as @mathit{- @var{hours}} @mathit{-} @var{mins}/60 @mathit{-} @var{secs}/3600.
10960 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.
10962 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
10963 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
10964 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
10965 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
10967 @pindex calc-time
10968 @cindex Time of day
10969 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
10970 the stack as an HMS form.
10972 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
10973 @section Date Forms
10975 @noindent
10976 @cindex Date forms
10977 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
10978 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
10979 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
10980 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
10981 computes the number of days between them (represented as a simple
10982 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
10983 are nonsensical and are not allowed by Calc.
10985 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
10986 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
10987 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
10988 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
10989 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
10991 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
10992 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
10993 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
10994 if the internal number is a fraction or float, the form represents
10995 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
10996 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
10997 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
10998 time can be stored without roundoff error.
11000 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
11001 additional digits in the seconds position.  For example, if the
11002 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
11003 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
11004 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
11005 if astronomically high years are used, though this will not be an
11006 issue in everyday (or even everymillennium) use.  Note that date
11007 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
11008 never an issue for them.
11010 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
11011 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
11012 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
11014 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
11015 year numbers represent years BC.  Calc uses a combination of the
11016 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
11017 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
11018 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11020 @cindex Julian calendar
11021 @cindex Gregorian calendar
11022 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11023 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11024 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11025 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11026 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11027 calendar was adopted around the year we call 8 AD.  Some centuries
11028 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11029 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11030 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11031 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11032 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11033 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11034 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11035 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11036 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11037 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11038 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11039 To take another example, Russia waited until 1918 before
11040 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11041 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11042 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11043 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11045 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11046 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11047 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11048 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11049 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11051 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11052 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11053 yet been invented.  Thus the claim that day number @mathit{-10000} is
11054 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11056 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11057 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11058 days 0 and @mathit{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11060 @cindex Julian day counting
11061 Another day counting system in common use is, confusingly, also called
11062 ``Julian.''  The Julian day number is the numbers of days since 
11063 12:00 noon (GMT) on Jan 1, 4713 BC, which in Calc's scheme (in GMT) 
11064 is @mathit{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11065 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by unpacking a
11066 date form into a Julian day number, simply add 1721423.5 after
11067 compensating for the time zone difference.  The built-in @kbd{t J}
11068 command performs this conversion for you.
11070 The Julian day number is based on the Julian cycle, which was invented 
11071 in 1583 by Joseph Justus Scaliger.  Scaliger named it the Julian cycle
11072 since it is involves the Julian calendar, but some have suggested that
11073 Scaliger named it in honor of his father, Julius Caesar Scaliger.  The
11074 Julian cycle is based it on three other cycles: the indiction cycle,
11075 the Metonic cycle, and the solar cycle.  The indiction cycle is a 15
11076 year cycle originally used by the Romans for tax purposes but later
11077 used to date medieval documents.  The Metonic cycle is a 19 year
11078 cycle; 19 years is close to being a common multiple of a solar year
11079 and a lunar month, and so every 19 years the phases of the moon will
11080 occur on the same days of the year.  The solar cycle is a 28 year
11081 cycle; the Julian calendar repeats itself every 28 years.  The
11082 smallest time period which contains multiples of all three cycles is
11083 the least common multiple of 15 years, 19 years and 28 years, which
11084 (since they're pairwise relatively prime) is 
11085 @texline @math{15\times 19\times 28 = 7980} years.
11086 @infoline 15*19*28 = 7980 years.
11087 This is the length of a Julian cycle.  Working backwards, the previous
11088 year in which all three cycles began was 4713 BC, and so Scalinger
11089 chose that year as the beginning of a Julian cycle.  Since at the time
11090 there were no historical records from before 4713 BC, using this year
11091 as a starting point had the advantage of avoiding negative year
11092 numbers.  In 1849, the astronomer John Herschel (son of William
11093 Herschel) suggested using the number of days since the beginning of
11094 the Julian cycle as an astronomical dating system; this idea was taken
11095 up by other astronomers.  (At the time, noon was the start of the
11096 astronomical day.  Herschel originally suggested counting the days
11097 since Jan 1, 4713 BC at noon Alexandria time; this was later amended to
11098 noon GMT.)  Julian day numbering is largely used in astronomy.
11100 @cindex Unix time format
11101 The Unix operating system measures time as an integer number of
11102 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11103 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11104 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11105 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11106 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11107 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11108 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11109 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11110 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11111 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11112 for California time.  The same is usually true of Julian day
11113 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11114 conversions.
11116 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11117 @section Modulo Forms
11119 @noindent
11120 @cindex Modulo forms
11121 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11122 an integer multiple of) some value @var{M}.  Arithmetic modulo @var{M}
11123 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11124 `@var{a} @tfn{mod} @var{M}',
11125 where @var{a} and @var{M} are real numbers or HMS forms, and
11126 @texline @math{0 \le a < M}.
11127 @infoline @expr{0 <= a < @var{M}}.
11128 In many applications @expr{a} and @expr{M} will be
11129 integers but this is not required.
11131 @ignore
11132 @mindex M
11133 @end ignore
11134 @kindex M (modulo forms)
11135 @ignore
11136 @mindex mod
11137 @end ignore
11138 @tindex mod (operator)
11139 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11140 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11141 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @expr{M}
11142 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11143 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11144 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.
11146 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11147 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11148 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11149 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11150 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11151 the result always lies in the desired range.
11153 When two modulo forms with identical @expr{M}'s are added or multiplied,
11154 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11155 @expr{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11156 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11157 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11158 to the power, then reduced modulo @expr{M}.  (When all values involved
11159 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11160 actually computing the power and then reducing.)
11162 @cindex Modulo division
11163 Two modulo forms `@var{a} @tfn{mod} @var{M}' and `@var{b} @tfn{mod} @var{M}'
11164 can be divided if @expr{a}, @expr{b}, and @expr{M} are all
11165 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11166 `@var{b} @tfn{mod} @var{M}', produces `@var{a} @tfn{mod} @var{M}'.  If
11167 there is no solution to this equation (which can happen only when
11168 @expr{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11169 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11170 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11171 @w{`@tfn{(}@var{a} @tfn{mod} @var{M}@tfn{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11172 in the sense of reducing 
11173 @texline @math{\sqrt a}
11174 @infoline @expr{sqrt(a)} 
11175 modulo @expr{M}, this is not a useful definition from the
11176 number-theoretical point of view.)
11178 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11179 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11180 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @expr{M}
11181 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11182 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11183 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11184 24 radians!
11186 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11187 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11188 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11190 You can use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11191 @xref{Packing and Unpacking}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11193 @ignore
11194 @starindex
11195 @end ignore
11196 @tindex makemod
11197 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11198 @w{@samp{a mod m}}.
11200 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11201 @section Error Forms
11203 @noindent
11204 @cindex Error forms
11205 @cindex Standard deviations
11206 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11207 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11208 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11209 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} sigma' 
11210 stands for an uncertain value which follows
11211 a normal or Gaussian distribution of mean @expr{x} and standard
11212 deviation or ``error'' 
11213 @texline @math{\sigma}.
11214 @infoline @expr{sigma}.
11215 Both the mean and the error can be either numbers or
11216 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11217 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11218 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11219 regular number by the Calculator.
11221 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11222 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11223 numbers.  The error part for any function @expr{f(x)} (such as 
11224 @texline @math{\sin x}
11225 @infoline @expr{sin(x)})
11226 is defined by the error of @expr{x} times the derivative of @expr{f}
11227 evaluated at the mean value of @expr{x}.  For a two-argument function
11228 @expr{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11229 of the squares of the errors due to @expr{x} and @expr{y}.
11230 @tex
11231 $$ \eqalign{
11232   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11233     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11234   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11235     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11236         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11237                              \right| \right)^2
11238              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11239                              \right| \right)^2 } \cr
11240 } $$
11241 @end tex
11242 Note that this
11243 definition assumes the errors in @expr{x} and @expr{y} are uncorrelated.
11244 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11245 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11246 of two independent values which happen to have the same probability
11247 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11248 The former will produce an answer with less error, since on the average
11249 the two independent errors can be expected to cancel out.
11251 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11252 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11253 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11254 are small.  As an example, the error arising from
11255 @texline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}@tfn{)}' 
11256 @infoline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}@tfn{)}' 
11257 is 
11258 @texline `@math{\sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11259 @infoline `@var{sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11260 When @expr{x} is close to zero,
11261 @texline @math{\cos x}
11262 @infoline @expr{cos(x)} 
11263 is close to one so the error in the sine is close to 
11264 @texline @math{\sigma};
11265 @infoline @expr{sigma};
11266 this makes sense, since 
11267 @texline @math{\sin x}
11268 @infoline @expr{sin(x)} 
11269 is approximately @expr{x} near zero, so a given error in @expr{x} will
11270 produce about the same error in the sine.  Likewise, near 90 degrees
11271 @texline @math{\cos x}
11272 @infoline @expr{cos(x)} 
11273 is nearly zero and so the computed error is
11274 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @expr{x}
11275 has relatively little effect on the value of 
11276 @texline @math{\sin x}.
11277 @infoline @expr{sin(x)}.  
11278 However, consider @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so
11279 Calc will report zero error!  We get an obviously wrong result because
11280 we have violated the small-error approximation underlying the error
11281 analysis.  If the error in @expr{x} had been small, the error in
11282 @texline @math{\sin x}
11283 @infoline @expr{sin(x)} 
11284 would indeed have been negligible.
11286 @ignore
11287 @mindex p
11288 @end ignore
11289 @kindex p (error forms)
11290 @tindex +/-
11291 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11292 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11293 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11294 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-+} to
11295 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11297 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11298 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11299 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11300 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11301 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11302 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11303 considers an error form with real components to represent a real number,
11304 not a complex distribution around a real mean.
11306 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11307 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11309 @ignore
11310 @starindex
11311 @end ignore
11312 @tindex sdev
11313 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11315 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11316 @section Interval Forms
11318 @noindent
11319 @cindex Interval forms
11320 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11321 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11322 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11323 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11324 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11325 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11326 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11327 of the possible range of values a computation will produce, given the
11328 set of possible values of the input.
11330 @ifnottex
11331 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11332 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11333 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11334 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11335 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11336 terms,
11337 @samp{[2 ..@: 4]} means @expr{2 <= x <= 4}, whereas
11338 @samp{[2 ..@: 4)} represents @expr{2 <= x < 4},
11339 @samp{(2 ..@: 4]} represents @expr{2 < x <= 4}, and
11340 @samp{(2 ..@: 4)} represents @expr{2 < x < 4}.
11341 @end ifnottex
11342 @tex
11343 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11344 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11345 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11346 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11347 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11348 terms,
11349 $$ \eqalign{
11350    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11351    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11352    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11353    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11354 } $$
11355 @end tex
11357 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11358 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11359 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11360 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11361 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11362 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11363 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11364 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11365 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11366 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11367 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11368 the real infinities.
11370 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11371 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11372 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11373 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11374 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11375 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11376 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11378 Infinite mode also affects operations on intervals
11379 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11380 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11381 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in Infinite mode;
11382 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11383 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11384 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11385 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11386 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11388 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11389 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11390 form 
11391 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11392 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}' 
11393 means a variable is random, and its value could
11394 be anything but is ``probably'' within one 
11395 @texline @math{\sigma} 
11396 @infoline @var{sigma} 
11397 of the mean value @expr{x}. An interval 
11398 `@tfn{[}@var{a} @tfn{..@:} @var{b}@tfn{]}' means a
11399 variable's value is unknown, but guaranteed to lie in the specified
11400 range.  Error forms are statistical or ``average case'' approximations;
11401 interval arithmetic tends to produce ``worst case'' bounds on an
11402 answer.
11404 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11405 HMS forms or date forms.
11407 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11408 as subsets of the set of real numbers.
11410 @ignore
11411 @starindex
11412 @end ignore
11413 @tindex intv
11414 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11415 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11416 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11417 3 for @samp{[..]}.
11419 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11420 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11421 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11422 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11423 which means that roundoff errors could creep into an interval
11424 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11425 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11426 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11427 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11428 error.
11430 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11431 @section Incomplete Objects
11433 @noindent
11434 @ignore
11435 @mindex [ ]
11436 @end ignore
11437 @kindex [
11438 @ignore
11439 @mindex ( )
11440 @end ignore
11441 @kindex (
11442 @kindex ,
11443 @ignore
11444 @mindex @null
11445 @end ignore
11446 @kindex ]
11447 @ignore
11448 @mindex @null
11449 @end ignore
11450 @kindex )
11451 @cindex Incomplete vectors
11452 @cindex Incomplete complex numbers
11453 @cindex Incomplete interval forms
11454 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11455 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11456 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11457 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11458 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11459 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11461 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11462 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11463 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11465 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11466 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11467 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11468 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.
11470 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11471 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11472 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11473 from the list.
11475 @kindex ;
11476 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11477 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11478 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11479 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11481 @kindex ..
11482 @pindex calc-dots
11483 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11484 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11485 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11486 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11487 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11488 the @code{calc-dots} command.
11490 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11491 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11493 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11494 @section Variables
11496 @noindent
11497 @cindex Variables, in formulas
11498 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11499 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11500 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11501 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11502 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11503 (The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11504 @code{var-foo}, but unless you access the variable from within Emacs
11505 Lisp, you don't need to worry about it.  Variable names in algebraic
11506 formulas implicitly have @samp{var-} prefixed to their names.  The
11507 @samp{#} character in variable names used in algebraic formulas
11508 corresponds to a dash @samp{-} in the Lisp variable name.  If the name
11509 contains any dashes, the prefix @samp{var-} is @emph{not} automatically
11510 added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1} and @samp{var#foo + 1} both
11511 refer to the same variable.)
11513 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11514 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11515 convenience variables @code{q0} through @code{q9}.  For example,
11516 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{q2}, and
11517 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11518 @code{foo}.
11520 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11521 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11522 (@key{'}) key.
11524 @kindex =
11525 @pindex calc-evaluate
11526 @cindex Evaluation of variables in a formula
11527 @cindex Variables, evaluation
11528 @cindex Formulas, evaluation
11529 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11530 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11531 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11532 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11533 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11534 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11535 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11536 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11537 the @var{n}th stack entry.
11539 @cindex @code{e} variable
11540 @cindex @code{pi} variable
11541 @cindex @code{i} variable
11542 @cindex @code{phi} variable
11543 @cindex @code{gamma} variable
11544 @vindex e
11545 @vindex pi
11546 @vindex i
11547 @vindex phi
11548 @vindex gamma
11549 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11550 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11551 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11552 their values are calculated if necessary according to the current precision
11553 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11554 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.
11556 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11557 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11558 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11559 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11560 a value into any of these special variables.
11562 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11564 @node Formulas,  , Variables, Data Types
11565 @section Formulas
11567 @noindent
11568 @cindex Formulas
11569 @cindex Expressions
11570 @cindex Operators in formulas
11571 @cindex Precedence of operators
11572 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11573 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11574 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11575 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11576 Parentheses may
11577 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11578 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11579 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11580 with their equivalent function names, are:
11582 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11584 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11586 prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11588 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11589 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11591 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11592 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11594 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11596 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x});
11598 @samp{*} [@code{mul}];
11600 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11601 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11603 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11605 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11607 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11608 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11610 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11612 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11614 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11616 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11618 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11620 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11622 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11624 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11626 @samp{=>} [@code{evalto}].
11628 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11629 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to 
11630 @texline @math{a b \over c d}.
11631 @infoline @expr{(a*b)/(c*d)}.
11633 @cindex Multiplication, implicit
11634 @cindex Implicit multiplication
11635 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11636 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11637 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11638 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11639 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11640 as in @samp{f(x)},
11641 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11642 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11643 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11644 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11645 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.
11647 @cindex Implicit comma in vectors
11648 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11649 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11650 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11651 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11652 to @samp{2*a*b + c*d}.
11653 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11654 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11655 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
11656 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
11657 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.
11659 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
11660 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
11661 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
11662 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
11663 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
11664 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
11665 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
11666 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
11667 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
11668 @w{@samp{[(a b)]}}.
11670 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
11671 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
11672 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
11673 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
11675 @cindex Function call notation
11676 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  (The Calc algebraic function
11677 @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp function @code{calcFunc-foo},
11678 but unless you access the function from within Emacs Lisp, you don't
11679 need to worry about it.)  Most mathematical Calculator commands like
11680 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
11681 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
11682 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
11683 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
11684 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
11685 single letters or single letters followed by digits are always safe to
11686 use for your own function names.  @xref{Function Index}.
11688 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
11689 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
11690 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
11691 represent the same operation.
11693 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
11694 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
11695 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{C-x * g}
11696 and @w{@kbd{C-x * r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
11697 ``paste'' mouse operation, and Embedded mode.  All of these operations
11698 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
11699 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
11701 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
11702 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
11703 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
11704 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
11706 @example
11707 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
11708   c + d,
11709   %% last line is coming up:
11710   e + f ]
11711 @end example
11713 @noindent
11714 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
11716 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
11717 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
11718 formats.
11720 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
11722 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
11723 @chapter Stack and Trail Commands
11725 @noindent
11726 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
11727 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
11728 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
11730 @menu
11731 * Stack Manipulation::
11732 * Editing Stack Entries::
11733 * Trail Commands::
11734 * Keep Arguments::
11735 @end menu
11737 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
11738 @section Stack Manipulation Commands
11740 @noindent
11741 @kindex @key{RET}
11742 @kindex @key{SPC}
11743 @pindex calc-enter
11744 @cindex Duplicating stack entries
11745 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
11746 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
11747 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
11748 several elements at the top of the stack.
11749 Given a negative argument,
11750 these commands duplicate the specified element of the stack.
11751 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
11752 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11753 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
11754 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
11755 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
11756 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.
11758 @kindex @key{LFD}
11759 @pindex calc-over
11760 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
11761 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
11762 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
11763 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
11764 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
11765 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
11766 @samp{10 20 30 20}.
11768 @kindex @key{DEL}
11769 @kindex C-d
11770 @pindex calc-pop
11771 @cindex Removing stack entries
11772 @cindex Deleting stack entries
11773 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
11774 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
11775 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
11776 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
11777 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
11778 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
11779 stack is emptied.
11780 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11781 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
11782 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
11783 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
11784 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.
11786 @kindex M-@key{DEL}
11787 @pindex calc-pop-above
11788 The @kbd{M-@key{DEL}} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
11789 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
11790 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
11791 Thus @kbd{M-@key{DEL}} by itself removes the second-from-top stack element,
11792 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-@key{DEL}} deletes
11793 the third stack element.
11795 @kindex @key{TAB}
11796 @pindex calc-roll-down
11797 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
11798 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
11799 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
11800 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
11801 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
11802 top-for-bottom.
11803 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11804 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
11805 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
11806 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
11807 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11809 @kindex M-@key{TAB}
11810 @pindex calc-roll-up
11811 The command @kbd{M-@key{TAB}} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
11812 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
11813 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
11814 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11815 @kbd{M-@key{TAB}} creates @samp{10 20 40 50 30},
11816 @kbd{C-u 4 M-@key{TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
11817 @kbd{C-u - 2 M-@key{TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
11818 @kbd{C-u 0 M-@key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11820 A good way to view the operation of @key{TAB} and @kbd{M-@key{TAB}} is in
11821 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
11822 With a positive argument @var{n}, @key{TAB} moves the top stack
11823 element down to level @var{n}, making room for it by pulling all the
11824 intervening stack elements toward the top.  @kbd{M-@key{TAB}} moves the
11825 element at level @var{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
11826 which copies instead of moving the element in level @var{n}.)
11828 With a negative argument @mathit{-@var{n}}, @key{TAB} rotates the stack
11829 to move the object in level @var{n} to the deepest place in the
11830 stack, and the object in level @mathit{@var{n}+1} to the top.  @kbd{M-@key{TAB}}
11831 rotates the deepest stack element to be in level @mathit{n}, also
11832 putting the top stack element in level @mathit{@var{n}+1}.
11834 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
11835 any portion of a vector or formula on the stack.
11837 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
11838 @section Editing Stack Entries
11840 @noindent
11841 @kindex `
11842 @pindex calc-edit
11843 @pindex calc-edit-finish
11844 @cindex Editing the stack with Emacs
11845 The backquote, @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary
11846 buffer (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using
11847 regular Emacs commands.  With a numeric prefix argument, it edits the
11848 specified number of stack entries at once.  (An argument of zero edits
11849 the entire stack; a negative argument edits one specific stack entry.)
11851 When you are done editing, press @kbd{C-c C-c} to finish and return
11852 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
11853 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
11854 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
11855 might want to insert new lines into the editing buffer.
11857 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
11858 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
11859 original stack elements in the original buffer with these new values,
11860 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
11861 continues to exist during editing, but for best results you should be
11862 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
11863 also cancel the edit by killing the buffer with @kbd{C-x k}.
11865 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
11866 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
11867 @kbd{C-c C-c} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
11868 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
11870 If you give a prefix argument to @kbd{C-c C-c},
11871 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
11872 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
11873 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
11874 @kbd{C-c C-c} operation will be programmed to replace the top of the
11875 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
11876 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
11877 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
11878 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
11880 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
11881 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
11882 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
11883 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
11884 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
11886 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
11887 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
11888 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
11890 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
11891 @section Trail Commands
11893 @noindent
11894 @cindex Trail buffer
11895 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
11896 beginning with the @kbd{t} prefix.
11898 @kindex t d
11899 @pindex calc-trail-display
11900 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
11901 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
11902 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
11903 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
11904 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
11905 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
11906 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
11907 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
11908 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
11910 @kindex t i
11911 @pindex calc-trail-in
11912 @kindex t o
11913 @pindex calc-trail-out
11914 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
11915 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
11916 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
11917 shown below are a more convenient way to move around in the
11918 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
11919 in the Calculator window.
11921 @cindex Trail pointer
11922 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
11923 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
11924 before the selected number.  The following commands operate on the
11925 trail pointer in various ways.
11927 @kindex t y
11928 @pindex calc-trail-yank
11929 @cindex Retrieving previous results
11930 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
11931 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
11932 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
11933 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
11934 trail pointer.
11936 @kindex t <
11937 @pindex calc-trail-scroll-left
11938 @kindex t >
11939 @pindex calc-trail-scroll-right
11940 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
11941 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
11942 window left or right by one half of its width.
11944 @kindex t n
11945 @pindex calc-trail-next
11946 @kindex t p
11947 @pindex calc-trail-previous
11948 @kindex t f
11949 @pindex calc-trail-forward
11950 @kindex t b
11951 @pindex calc-trail-backward
11952 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
11953 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
11954 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
11955 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
11956 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
11957 arguments to move several lines or screenfuls at a time.
11959 @kindex t [
11960 @pindex calc-trail-first
11961 @kindex t ]
11962 @pindex calc-trail-last
11963 @kindex t h
11964 @pindex calc-trail-here
11965 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
11966 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
11967 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
11968 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
11969 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.
11971 @kindex t s
11972 @pindex calc-trail-isearch-forward
11973 @kindex t r
11974 @pindex calc-trail-isearch-backward
11975 @ifnottex
11976 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
11977 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
11978 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
11979 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
11980 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
11981 it was when the search began.
11982 @end ifnottex
11983 @tex
11984 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
11985 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
11986 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
11987 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
11988 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
11989 it was when the search began.
11990 @end tex
11992 @kindex t m
11993 @pindex calc-trail-marker
11994 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
11995 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
11996 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
11997 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
11998 targets for later incremental searches in the trail.
12000 @kindex t k
12001 @pindex calc-trail-kill
12002 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
12003 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
12004 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
12005 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
12006 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
12008 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
12009 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12011 @node Keep Arguments,  , Trail Commands, Stack and Trail
12012 @section Keep Arguments
12014 @noindent
12015 @kindex K
12016 @pindex calc-keep-args
12017 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
12018 the following command.  It prevents that command from removing its
12019 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
12020 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
12021 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
12023 With the exception of keyboard macros, this works for all commands that
12024 take arguments off the stack. (To avoid potentially unpleasant behavior,
12025 a @kbd{K} prefix before a keyboard macro will be ignored.  A @kbd{K}
12026 prefix called @emph{within} the keyboard macro will still take effect.)  
12027 As another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
12028 simplified version of the formula onto the stack after the original
12029 formula (rather than replacing the original formula).  Note that you
12030 could get the same effect by typing @kbd{@key{RET} a s}, copying the
12031 formula and then simplifying the copy. One difference is that for a very
12032 large formula the time taken to format the intermediate copy in
12033 @kbd{@key{RET} a s} could be noticeable; @kbd{K a s} would avoid this
12034 extra work. 
12036 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
12037 popping two values and pushing them back in the opposite order,
12038 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
12040 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
12041 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
12042 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
12043 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
12044 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
12045 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12047 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12048 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12049 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12050 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12051 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12052 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12054 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12055 @chapter Mode Settings
12057 @noindent
12058 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12059 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12060 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12062 @menu
12063 * General Mode Commands::
12064 * Precision::
12065 * Inverse and Hyperbolic::
12066 * Calculation Modes::
12067 * Simplification Modes::
12068 * Declarations::
12069 * Display Modes::
12070 * Language Modes::
12071 * Modes Variable::
12072 * Calc Mode Line::
12073 @end menu
12075 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12076 @section General Mode Commands
12078 @noindent
12079 @kindex m m
12080 @pindex calc-save-modes
12081 @cindex Continuous memory
12082 @cindex Saving mode settings
12083 @cindex Permanent mode settings
12084 @cindex Calc init file, mode settings
12085 You can save all of the current mode settings in your Calc init file 
12086 (the file given by the variable @code{calc-settings-file}, typically
12087 @file{~/.calc.el}) with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.
12088 This will cause Emacs to reestablish these modes each time it starts up.
12089 The modes saved in the file include everything controlled by the @kbd{m}
12090 and @kbd{d} prefix keys, the current precision and binary word size,
12091 whether or not the trail is displayed, the current height of the Calc
12092 window, and more.  The current interface (used when you type @kbd{C-x * *}) 
12093 is also saved.  If there were already saved mode settings in the
12094 file, they are replaced.  Otherwise, the new mode information is
12095 appended to the end of the file.
12097 @kindex m R
12098 @pindex calc-mode-record-mode
12099 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12100 record all the mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12101 time a mode setting changes.  If the modes are saved this way, then this
12102 ``automatic mode recording'' mode is also saved.
12103 Type @kbd{m R} again to disable this method of recording the mode
12104 settings.  To turn it off permanently, the @kbd{m m} command will also be
12105 necessary.   (If Embedded mode is enabled, other options for recording
12106 the modes are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
12108 @kindex m F
12109 @pindex calc-settings-file-name
12110 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12111 choose a different file than the current value of @code{calc-settings-file}
12112 for @kbd{m m}, @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12113 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12114 their default values, then settings from the file you named are loaded
12115 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12116 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12117 file name is @file{~/.calc.el}.  You can see the current file name by
12118 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12119 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Customizing Calc}.
12121 If the file name you give is your user init file (typically
12122 @file{~/.emacs}), @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12123 is because your user init file may contain other things you don't want
12124 to reread.  You can give 
12125 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12126 file no matter what.  Conversely, an argument of @mathit{-1} tells
12127 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @mathit{-2}
12128 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12129 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12130 modes present in the file you were using before.
12132 @kindex m x
12133 @pindex calc-always-load-extensions
12134 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12135 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12136 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12137 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12138 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12139 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12140 once, rather than always in the future, you can press @kbd{C-x * L}.
12142 @kindex m S
12143 @pindex calc-shift-prefix
12144 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12145 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12146 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12147 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12148 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12149 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12150 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12151 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12152 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12153 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12154 shifted-prefix mode.
12156 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12157 @section Precision
12159 @noindent
12160 @kindex p
12161 @pindex calc-precision
12162 @cindex Precision of calculations
12163 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12164 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12165 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12166 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12167 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12169 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12170 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12172 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12173 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12174 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12175 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12176 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12177 round values already on the stack, but those values will be rounded
12178 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12179 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12180 existing value to a new precision.
12182 @cindex Accuracy of calculations
12183 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12184 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12185 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12186 The precision is the total number of digits not counting leading
12187 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12188 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12189 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12190 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12191 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12192 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12193 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12194 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12196 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12197 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12198 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12199 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12200 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12201 of the numbers involved.
12203 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12204 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12205 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12206 divided by 6 would be entered @kbd{899 @key{RET} 6 /}, yielding 149.833
12207 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12208 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12210 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12211 issues.
12213 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12214 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12216 @noindent
12217 @kindex I
12218 @pindex calc-inverse
12219 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12220 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12221 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12222 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12223 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.
12225 @kindex H
12226 @pindex calc-hyperbolic
12227 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12228 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12229 If both of these flags are set at once, the effect will be
12230 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12231 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12232 instead of base-@mathit{e}, logarithm.)
12234 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12235 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12236 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12237 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12239 The Inverse and Hyperbolic flags apply only to the next Calculator
12240 command, after which they are automatically cleared.  (They are also
12241 cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits you
12242 type after @kbd{I} or @kbd{H} (or @kbd{K}) are treated as prefix
12243 arguments for the next command, not as numeric entries.  The same
12244 is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means to
12245 subtract and keep arguments).
12247 The third Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12248 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12250 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12251 @section Calculation Modes
12253 @noindent
12254 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12255 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12256 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12257 (@pxref{Algebraic Entry}).
12259 @menu
12260 * Angular Modes::
12261 * Polar Mode::
12262 * Fraction Mode::
12263 * Infinite Mode::
12264 * Symbolic Mode::
12265 * Matrix Mode::
12266 * Automatic Recomputation::
12267 * Working Message::
12268 @end menu
12270 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12271 @subsection Angular Modes
12273 @noindent
12274 @cindex Angular mode
12275 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12276 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12277 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12278 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12279 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12280 degrees-minutes-seconds.
12282 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12283 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12284 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12285 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12286 normally be done in Radians mode, though.  Complex numbers are converted
12287 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12288 multiplying by 180 over @cpi{}.)
12290 @kindex m r
12291 @pindex calc-radians-mode
12292 @kindex m d
12293 @pindex calc-degrees-mode
12294 @kindex m h
12295 @pindex calc-hms-mode
12296 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12297 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12298 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12299 The default angular mode is Degrees.
12301 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12302 @subsection Polar Mode
12304 @noindent
12305 @cindex Polar mode
12306 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12307 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12308 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12309 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12310 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12312 @kindex m p
12313 @pindex calc-polar-mode
12314 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12315 preference between rectangular and polar forms.  In Polar mode, all
12316 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12318 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12319 @subsection Fraction Mode
12321 @noindent
12322 @cindex Fraction mode
12323 @cindex Division of integers
12324 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12325 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12326 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12327 to use the @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command, which
12328 divides the two integers on the top of the stack to produce a fraction:
12329 @kbd{6 @key{RET} 4 :} produces @expr{3:2} even though 
12330 @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @expr{1.5}.
12332 @kindex m f
12333 @pindex calc-frac-mode
12334 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12335 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12336 For example, @expr{8/4} produces @expr{2} in either mode,
12337 but @expr{6/4} produces @expr{3:2} in Fraction mode, @expr{1.5} in
12338 Float mode.
12340 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12341 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12342 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12344 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12345 @subsection Infinite Mode
12347 @noindent
12348 @cindex Infinite mode
12349 The Calculator normally treats results like @expr{1 / 0} as errors;
12350 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12351 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12352 results.
12354 @kindex m i
12355 @pindex calc-infinite-mode
12356 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12357 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12358 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12359 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12360 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12361 will not be generated when Infinite mode is off.)
12363 With Infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12364 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12365 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @expr{0 / 0}
12366 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12367 functions can also return infinities in this mode; for example,
12368 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12369 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of Infinite mode because
12370 this calculation has infinity as an input.
12372 @cindex Positive Infinite mode
12373 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12374 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a Positive Infinite mode in
12375 which zero is treated as positive instead of being directionless.
12376 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12377 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12378 separate representations for @mathit{+0} and @mathit{-0}.  Positive
12379 Infinite mode merely changes the interpretation given to the
12380 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12381 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12382 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12384 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12385 @subsection Symbolic Mode
12387 @noindent
12388 @cindex Symbolic mode
12389 @cindex Inexact results
12390 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12391 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12392 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12393 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12394 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12396 @kindex m s
12397 @pindex calc-symbolic-mode
12398 In @dfn{Symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12399 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12400 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12401 @samp{sqrt(2)}.
12403 @kindex N
12404 @pindex calc-eval-num
12405 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12406 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12407 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12408 Given a numeric prefix argument, it also
12409 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12410 of the command.
12412 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12413 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12414 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12415 variables.)
12417 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12418 @subsection Matrix and Scalar Modes
12420 @noindent
12421 @cindex Matrix mode
12422 @cindex Scalar mode
12423 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12424 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12425 Calc has two modes, @dfn{Matrix mode} and @dfn{Scalar mode}, which
12426 modify its behavior around vectors in useful ways.
12428 @kindex m v
12429 @pindex calc-matrix-mode
12430 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter Matrix mode.
12431 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12432 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12433 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12434 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12435 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12436 mode is that calculations that would normally produce constants like
12437 0 and 1 (e.g., @expr{a - a} and @expr{a / a}, respectively) will now
12438 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12439 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12440 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12441 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12442 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12443 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12444 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12445 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12446 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12447 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12449 Press @kbd{m v} a second time to get Scalar mode.  Here, objects are
12450 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12451 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12452 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12453 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12454 another 3-vector.  In Scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12455 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12457 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12459 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12460 get a special ``dimensioned'' Matrix mode in which matrices of
12461 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12462 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12463 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.  Simply typing
12464 @kbd{C-u m v} will get you a square Matrix mode, in which matrices of
12465 unknown size are assumed to be square matrices of unspecified size.
12467 @cindex Declaring scalar variables
12468 Of course these modes are approximations to the true state of
12469 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12470 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12471 certain variables or functions to be scalar-valued.
12472 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12474 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12475 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12476 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12477 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12478 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12479 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12480 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12482 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12483 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use Matrix mode when operating on
12484 your formula normally; then, to apply Scalar mode to a certain part
12485 of the formula without affecting the rest just select that part,
12486 change into Scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12487 under this mode, then change back to Matrix mode before deselecting.
12489 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12490 @subsection Automatic Recomputation
12492 @noindent
12493 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12494 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12495 whenever variable values or mode settings that might affect them
12496 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12498 @kindex m C
12499 @pindex calc-auto-recompute
12500 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12501 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12502 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12503 attached Embedded mode buffer, if there is one).  They will not
12504 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12505 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12506 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12507 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12509 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12510 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{C-x * u}}.
12511 @xref{Embedded Mode}.
12513 @node Working Message,  , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12514 @subsection Working Messages
12516 @noindent
12517 @cindex Performance
12518 @cindex Working messages
12519 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12520 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12521 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12522 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12523 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12524 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12525 be disabled if you find them distracting.
12527 @kindex m w
12528 @pindex calc-working
12529 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12530 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12531 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12532 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12533 the current mode.
12535 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12536 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12537 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12538 to turn the messages off.
12540 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12541 @section Simplification Modes
12543 @noindent
12544 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12545 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12546 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12547 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12548 form.  Others, such as simplifying a formula like @expr{a+a} (or @expr{2+3}),
12549 are done by default but can be turned off when necessary.
12551 When you press a key like @kbd{+} when @expr{2} and @expr{3} are on the
12552 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12553 @expr{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12554 rules for normalizing @expr{2+3} will produce the result @expr{5}.
12556 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12557 followed by a shifted letter.
12559 @kindex m O
12560 @pindex calc-no-simplify-mode
12561 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12562 simplifications.  These would leave a formula like @expr{2+3} alone.  In
12563 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12564 in this mode.
12566 @kindex m N
12567 @pindex calc-num-simplify-mode
12568 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12569 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12570 example, @expr{1+2} is simplified to @expr{3}, and @expr{a+(2-2)} is
12571 simplified to @expr{a+0} but no further, since one argument of the sum
12572 is not a constant.  Unfortunately, @expr{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12573 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12574 constant numbers (one of them is the formula @expr{a+2}).
12575 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12576 error form or modulo form), or a vector all of whose
12577 elements are constant.
12579 @kindex m D
12580 @pindex calc-default-simplify-mode
12581 The @kbd{m D} (@code{calc-default-simplify-mode}) command restores the
12582 default simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12583 fast algebraic simplifications such as @expr{a+0} to @expr{a}, and
12584 @expr{a + 2 a} to @expr{3 a}, as well as evaluating functions like
12585 @expr{@tfn{deriv}(x^2, x)} to @expr{2 x}.
12587 @kindex m B
12588 @pindex calc-bin-simplify-mode
12589 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the default
12590 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12591 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12592 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12593 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12594 results (after the default simplifications) are left alone.
12596 @kindex m A
12597 @pindex calc-alg-simplify-mode
12598 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does algebraic
12599 simplification; it applies all the default simplifications, and also
12600 the more powerful (and slower) simplifications made by @kbd{a s}
12601 (@code{calc-simplify}).  @xref{Algebraic Simplifications}.
12603 @kindex m E
12604 @pindex calc-ext-simplify-mode
12605 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended''
12606 algebraic simplification, as by the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended})
12607 command.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12609 @kindex m U
12610 @pindex calc-units-simplify-mode
12611 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12612 simplification; it applies the command @kbd{u s}
12613 (@code{calc-simplify-units}), which in turn
12614 is a superset of @kbd{a s}.  In this mode, variable names which
12615 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12616 are simplified with their unit definitions in mind.
12618 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12619 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12620 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12621 perform higher types of simplifications on demand.  @xref{Algebraic
12622 Definitions}, for another sample use of No-Simplification mode.
12624 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12625 @section Declarations
12627 @noindent
12628 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12629 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12630 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12631 take the fully general situation into account.
12633 @menu
12634 * Declaration Basics::
12635 * Kinds of Declarations::
12636 * Functions for Declarations::
12637 @end menu
12639 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12640 @subsection Declaration Basics
12642 @noindent
12643 @kindex s d
12644 @pindex calc-declare-variable
12645 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12646 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12647 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12648 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12649 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12650 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12651 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12653 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12654 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12655 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
12656 For example, @kbd{s d foo @key{RET} real @key{RET}} declares @code{foo} to
12657 be a real number, and @kbd{s d bar @key{RET} [int, const, [1..6]] @key{RET}}
12658 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
12659 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
12660 provide them for you: @kbd{s d bar @key{RET} int, const, [1..6] @key{RET}}.)
12662 @cindex @code{Decls} variable
12663 @vindex Decls
12664 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
12665 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
12666 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
12667 vector of variables declared by that row, and the declaration
12668 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
12669 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
12670 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
12671 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
12672 permanently if you wish.
12674 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
12675 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
12676 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
12677 command declares only variables, so if you wish to make a function
12678 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
12680 For example, the declaration matrix
12682 @smallexample
12683 @group
12684 [ [ foo,       real       ]
12685   [ [j, k, n], int        ]
12686   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
12687 @end group
12688 @end smallexample
12690 @noindent
12691 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
12692 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
12693 returns a real number in the interval shown.
12695 @vindex All
12696 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
12697 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
12698 It does not apply to function names.  For example, using the row
12699 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
12700 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
12701 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
12702 response to the variable-name prompt.
12704 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
12705 @subsection Kinds of Declarations
12707 @noindent
12708 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
12709 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
12710 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
12711 more intervals or numbers that represent the set of possible values
12712 for the variable.
12714 @smallexample
12715 @group
12716 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
12717   [ b, [1 .. 5]        ]
12718   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
12719 @end group
12720 @end smallexample
12722 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
12723 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
12724 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
12725 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
12726 nearly equivalent (see below).
12728 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
12729 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
12730 as not declaring the variable at all except that it overrides any
12731 @code{All} declaration which would otherwise apply.
12733 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
12734 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
12735 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
12736 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
12737 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
12738 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
12740 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
12741 stored in a variable:
12743 @table @code
12744 @item int
12745 Integers.
12746 @item numint
12747 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
12748 @item frac
12749 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
12750 @item rat
12751 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
12752 @item float
12753 Floating-point numbers.
12754 @item real
12755 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
12756 intervals and error forms with real components also count as
12757 reals here.)
12758 @item pos
12759 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
12760 @item nonneg
12761 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
12762 @item number
12763 Numbers.  (Real or complex.)
12764 @end table
12766 Calc uses this information to determine when certain simplifications
12767 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
12768 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
12769 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @mathit{-3}.
12770 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
12771 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
12772 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
12773 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
12774 of the formula.
12776 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
12777 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
12778 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
12779 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
12780 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
12781 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
12783 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
12784 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
12785 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
12786 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
12787 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
12789 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
12790 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
12791 Calc leaves this formula alone.  After the command
12792 @kbd{s d x @key{RET} real @key{RET}}, however, it can simplify the formula to
12793 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x @key{RET} nonneg @key{RET}}, Calc can
12794 simplify this formula all the way to @samp{x}.
12796 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
12797 they comprise the set of possible values that the variable or
12798 function being declared can have.  In particular, the type symbol
12799 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
12800 (note that infinity is included in the range of possible values);
12801 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
12802 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
12803 redundant because the fact that the variable is real can be
12804 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
12805 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
12807 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
12808 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
12810 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
12811 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
12812 In other words, the range of possible values means only that
12813 the variable's value must be numerically equal to a number in
12814 that range, but not that it must be equal in type as well.
12815 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
12816 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
12818 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
12819 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
12820 where the interval does not lie in the range described by the
12821 type symbol.
12823 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
12824 like the one described above.  Another case where they are used
12825 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
12826 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
12827 roots (if any) will be included in the list.
12829 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
12830 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
12831 shown above).
12833 Another command that makes use of declarations is @kbd{a s}, when
12834 simplifying equations and inequalities.  It will cancel @code{x}
12835 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
12836 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
12837 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
12838 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
12839 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
12840 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
12841 including cancelling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
12842 not known to be nonzero.
12844 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
12846 @table @code
12847 @item scalar
12848 The value is not a vector.
12849 @item vector
12850 The value is a vector.
12851 @item matrix
12852 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
12853 @item sqmatrix
12854 The value is a square matrix.
12855 @end table
12857 These type symbols can be combined with the other type symbols
12858 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
12859 is a matrix of integers.
12861 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
12862 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
12863 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
12864 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
12865 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
12866 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
12867 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
12868 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
12869 declarations.)
12871 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of Matrix mode and
12872 Scalar mode, which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
12873 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
12875 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
12876 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
12878 @table @code
12879 @item const
12880 The value is a constant with respect to other variables.
12881 @end table
12883 Calc does not check the declarations for a variable when you store
12884 a value in it.  However, storing @mathit{-3.5} in a variable that has
12885 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
12886 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @expr{3.5}
12887 if it substitutes the value first, or to @expr{-3.5} if @code{x}
12888 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
12889 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
12890 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
12891 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
12892 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
12894 @node Functions for Declarations,  , Kinds of Declarations, Declarations
12895 @subsection Functions for Declarations
12897 @noindent
12898 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
12899 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
12900 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
12901 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
12902 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
12903 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
12904 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
12905 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
12906 that perform other tests not related to declarations.
12908 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
12909 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
12910 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
12911 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
12912 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
12914 @ignore
12915 @starindex
12916 @end ignore
12917 @tindex dint
12918 @ignore
12919 @starindex
12920 @end ignore
12921 @tindex dnumint
12922 @ignore
12923 @starindex
12924 @end ignore
12925 @tindex dnatnum
12926 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
12927 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
12928 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
12929 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
12930 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
12931 data type functions also accept vectors or matrices composed of
12932 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
12933 are considered to be integers for the purposes of these functions.
12935 @ignore
12936 @starindex
12937 @end ignore
12938 @tindex drat
12939 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
12940 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
12941 and error forms do not.
12943 @ignore
12944 @starindex
12945 @end ignore
12946 @tindex dreal
12947 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
12948 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
12950 @ignore
12951 @starindex
12952 @end ignore
12953 @tindex dimag
12954 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
12955 i.e., is mathematically equal to a real number times @expr{i}.
12957 @ignore
12958 @starindex
12959 @end ignore
12960 @tindex dpos
12961 @ignore
12962 @starindex
12963 @end ignore
12964 @tindex dneg
12965 @ignore
12966 @starindex
12967 @end ignore
12968 @tindex dnonneg
12969 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
12970 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
12971 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
12972 equal to zero.  Note that the @kbd{a s} command can simplify an
12973 expression like @expr{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}, and that
12974 @kbd{a s} is effectively applied to all conditions in rewrite rules,
12975 so the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
12976 are rarely necessary.
12978 @ignore
12979 @starindex
12980 @end ignore
12981 @tindex dnonzero
12982 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
12983 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
12984 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
12985 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
12986 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
12987 represent values which could be anything including zero.  (This is
12988 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
12990 @ignore
12991 @starindex
12992 @end ignore
12993 @tindex deven
12994 @ignore
12995 @starindex
12996 @end ignore
12997 @tindex dodd
12998 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
12999 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
13000 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
13001 The @kbd{a s} command uses this to simplify a test of the form
13002 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
13004 @ignore
13005 @starindex
13006 @end ignore
13007 @tindex drange
13008 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
13009 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
13010 the set of possible values of its argument.  If the argument is
13011 a variable or a function with a declaration, the range is copied
13012 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
13013 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
13014 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
13015 the expression is not provably real, the @code{drange} function
13016 remains unevaluated.
13018 @ignore
13019 @starindex
13020 @end ignore
13021 @tindex dscalar
13022 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
13023 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
13024 unevaluated if this cannot be determined.  (If Matrix mode or Scalar
13025 mode is in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
13026 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
13027 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
13028 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
13029 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
13030 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
13031 information to tell.
13033 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
13034 @section Display Modes
13036 @noindent
13037 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
13038 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
13039 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
13040 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
13041 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
13042 @pxref{Vector and Matrix Formats}.
13044 One thing all display modes have in common is their treatment of the
13045 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
13046 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13047 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13048 reflect the latest mode settings.
13050 @kindex d @key{RET}
13051 @pindex calc-refresh-top
13052 The @kbd{d @key{RET}} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13053 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13054 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13055 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13056 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13057 For example, @kbd{H d s M-2 d @key{RET}} changes to scientific notation
13058 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13060 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13061 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13062 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13063 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d @key{RET} H d (@var{old mode})}.
13065 @menu
13066 * Radix Modes::
13067 * Grouping Digits::
13068 * Float Formats::
13069 * Complex Formats::
13070 * Fraction Formats::
13071 * HMS Formats::
13072 * Date Formats::
13073 * Truncating the Stack::
13074 * Justification::
13075 * Labels::
13076 @end menu
13078 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13079 @subsection Radix Modes
13081 @noindent
13082 @cindex Radix display
13083 @cindex Non-decimal numbers
13084 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13085 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13086 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13087 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13088 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13089 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13091 @kindex d 2
13092 @kindex d 8
13093 @kindex d 6
13094 @kindex d 0
13095 @cindex Hexadecimal integers
13096 @cindex Octal integers
13097 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13098 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13099 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13100 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13101 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13102 as decimal.
13104 @kindex d r
13105 @pindex calc-radix
13106 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13107 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13108 argument; otherwise you will be prompted for it.
13110 @kindex d z
13111 @pindex calc-leading-zeros
13112 @cindex Leading zeros
13113 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13114 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13115 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13116 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13117 word size.)  If the absolute value of the word size is @expr{w}, all integers
13118 are displayed with at least enough digits to represent 
13119 @texline @math{2^w-1}
13120 @infoline @expr{(2^w)-1} 
13121 in the current radix.  (Larger integers will still be displayed in their
13122 entirety.) 
13124 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13125 @subsection Grouping Digits
13127 @noindent
13128 @kindex d g
13129 @pindex calc-group-digits
13130 @cindex Grouping digits
13131 @cindex Digit grouping
13132 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13133 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13134 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{Grouping} mode, in which digits
13135 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13136 separated by commas.
13138 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13139 With a numeric prefix of 0, this command displays the current state of
13140 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13141 with a positive argument @expr{N} it enables grouping on every @expr{N}
13142 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13143 before the decimal point.  A negative prefix argument @expr{-N} enables
13144 grouping every @expr{N} digits both before and after the decimal point.
13146 @kindex d ,
13147 @pindex calc-group-char
13148 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13149 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13150 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13151 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13152 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13153 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13154 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13156 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13157 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{C-x * y} and @kbd{C-x * g}.
13158 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13159 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13160 is ignored by @TeX{} language mode.
13162 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13163 @subsection Float Formats
13165 @noindent
13166 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13167 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13168 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13169 in this section allow you to choose among several alternative display
13170 formats for floats.
13172 @kindex d n
13173 @pindex calc-normal-notation
13174 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13175 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13176 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13177 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13178 the specified number of significant digits less than the current
13179 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13180 current precision is 12.)
13182 @kindex d f
13183 @pindex calc-fix-notation
13184 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13185 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13186 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13187 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13188 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13189 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13190 to zero rather than switching to scientific notation.
13192 @kindex d s
13193 @pindex calc-sci-notation
13194 @cindex Scientific notation, display of
13195 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13196 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13197 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13198 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13199 The default is to display all significant digits.
13201 @kindex d e
13202 @pindex calc-eng-notation
13203 @cindex Engineering notation, display of
13204 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13205 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13206 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13207 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13208 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13210 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13211 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13212 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13213 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13214 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13215 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13216 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13217 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{C-x * y} which operate on the
13218 actual displayed text in the Calculator buffer.
13220 @kindex d .
13221 @pindex calc-point-char
13222 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13223 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13224 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13225 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13226 numbers, and commas to separate elements in a list.
13228 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13229 @subsection Complex Formats
13231 @noindent
13232 @kindex d c
13233 @pindex calc-complex-notation
13234 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13235 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13236 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13237 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.
13239 @kindex d i
13240 @pindex calc-i-notation
13241 @kindex d j
13242 @pindex calc-j-notation
13243 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13244 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13245 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13246 in some disciplines.
13248 @cindex @code{i} variable
13249 @vindex i
13250 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13251 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13252 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13253 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13254 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13255 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13256 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13257 @xref{Variables}, under ``special constants.''
13259 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13260 @subsection Fraction Formats
13262 @noindent
13263 @kindex d o
13264 @pindex calc-over-notation
13265 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13266 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13267 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13268 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13269 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13270 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13271 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13272 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13274 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13275 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13276 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13277 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13278 and @kbd{8:3} are equivalent).
13280 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13281 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13282 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13283 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13284 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13285 the fraction @expr{1:6} will be unaffected, but @expr{2:3} will be
13286 displayed as @expr{4:6}, @expr{1:2} will be displayed as @expr{3:6},
13287 and @expr{1:8} will be displayed as @expr{3:24}.  Integers are also
13288 affected by this mode:  3 is displayed as @expr{18:6}.  Note that the
13289 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13290 integers as @expr{n:1}.
13292 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13293 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13294 never affects floats.
13296 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13297 @subsection HMS Formats
13299 @noindent
13300 @kindex d h
13301 @pindex calc-hms-notation
13302 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13303 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13304 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13305 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13306 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13307 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13308 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13310 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13311 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13312 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13313 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13314 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13315 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13316 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13317 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13318 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13319 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13320 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13321 entry.
13323 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13324 @subsection Date Formats
13326 @noindent
13327 @kindex d d
13328 @pindex calc-date-notation
13329 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13330 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13331 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13332 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13333 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13334 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13335 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13336 pure dates.
13338 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13339 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13340 If you enter a blank format string, this default format is
13341 reestablished.
13343 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13344 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13345 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13347 @menu
13348 * Date Formatting Codes::
13349 * Free-Form Dates::
13350 * Standard Date Formats::
13351 @end menu
13353 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13354 @subsubsection Date Formatting Codes
13356 @noindent
13357 When displaying a date, the current date format is used.  All
13358 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13359 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13360 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13361 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13362 below.
13364 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13365 match the input string to the current format either with or without
13366 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13367 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13368 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13369 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13370 since Jan 1, 1 AD.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13371 flexible algorithm which is described in the next section.
13373 Weekday names are ignored during reading.
13375 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13376 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13377 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13378 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13379 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13381 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13383 @table @asis
13384 @item Y
13385 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13386 @item YY
13387 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13388 @item BY
13389 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13390 @item YYY
13391 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13392 @item YYYY
13393 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13394 @item aa
13395 Year:  ``ad'' or blank.
13396 @item AA
13397 Year:  ``AD'' or blank.
13398 @item aaa
13399 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13400 @item AAA
13401 Year:  ``AD '' or blank.
13402 @item aaaa
13403 Year:  ``a.d.'' or blank.
13404 @item AAAA
13405 Year:  ``A.D.'' or blank.
13406 @item bb
13407 Year:  ``bc'' or blank.
13408 @item BB
13409 Year:  ``BC'' or blank.
13410 @item bbb
13411 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13412 @item BBB
13413 Year:  `` BC'' or blank.
13414 @item bbbb
13415 Year:  ``b.c.'' or blank.
13416 @item BBBB
13417 Year:  ``B.C.'' or blank.
13418 @item M
13419 Month:  ``8'' for August.
13420 @item MM
13421 Month:  ``08'' for August.
13422 @item BM
13423 Month:  `` 8'' for August.
13424 @item MMM
13425 Month:  ``AUG'' for August.
13426 @item Mmm
13427 Month:  ``Aug'' for August.
13428 @item mmm
13429 Month:  ``aug'' for August.
13430 @item MMMM
13431 Month:  ``AUGUST'' for August.
13432 @item Mmmm
13433 Month:  ``August'' for August.
13434 @item D
13435 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13436 @item DD
13437 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13438 @item BD
13439 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13440 @item W
13441 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13442 @item WWW
13443 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13444 @item Www
13445 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13446 @item www
13447 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13448 @item WWWW
13449 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13450 @item Wwww
13451 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13452 @item d
13453 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13454 @item ddd
13455 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13456 @item bdd
13457 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13458 @item h
13459 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13460 @item hh
13461 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13462 @item bh
13463 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13464 @item H
13465 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13466 @item HH
13467 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13468 @item BH
13469 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13470 @item p
13471 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13472 @item P
13473 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13474 @item pp
13475 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13476 @item PP
13477 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13478 @item pppp
13479 AM/PM:  ``a.m.'' or ``p.m.''.
13480 @item PPPP
13481 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13482 @item m
13483 Minutes:  ``7'' for 7.
13484 @item mm
13485 Minutes:  ``07'' for 7.
13486 @item bm
13487 Minutes:  `` 7'' for 7.
13488 @item s
13489 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13490 @item ss
13491 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13492 @item bs
13493 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13494 @item SS
13495 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13496 @item BS
13497 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13498 @item N
13499 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13500 @item n
13501 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13502 @item J
13503 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13504 @item j
13505 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13506 @item U
13507 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13508 @item X
13509 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13510 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13511 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13512 required for algebraic entry.
13513 @end table
13515 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13516 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13518 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13519 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13520 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13521 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13522 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13524 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13525 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13526 reading unless several of these codes are strung together with no
13527 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13528 many digits as there are letters in the format.
13530 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13531 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13532 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13534 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13535 @subsubsection Free-Form Dates
13537 @noindent
13538 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13539 on the algorithm described here if the input does not exactly
13540 match the current date format.  This algorithm generally
13541 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13542 but it is described here in full detail for the curious.
13544 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13545 while interpreting dates.
13547 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13548 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13549 the date.
13551 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13552 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13553 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13554 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13555 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13556 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13557 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13558 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13559 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13560 recognized with no number attached.
13562 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13563 format.
13565 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13566 from the string; other characters are ignored.  All words must
13567 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13568 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13569 abbreviations.
13571 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13572 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13573 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13574 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13575 assumes the month, day and year are in the same order that they
13576 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13577 current year is taken from the system clock.
13579 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13580 words, then the input is rejected.
13582 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13583 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13584 like Julian dates that were included along with the traditional
13585 date components when the date was formatted.
13587 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13588 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13589 minus sign on the year value.
13591 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13592 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13594 @node Standard Date Formats,  , Free-Form Dates, Date Formats
13595 @subsubsection Standard Date Formats
13597 @noindent
13598 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13599 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13600 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13601 to select the other formats.
13603 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13604 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13605 enter will be recorded as the new standard format of that
13606 number, as well as becoming the new current date format.
13607 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13608 command (@pxref{Mode Settings}).
13610 @table @asis
13611 @item 0
13612 @samp{N}  (Numerical format)
13613 @item 1
13614 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13615 @item 2
13616 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13617 @item 3
13618 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13619 @item 4
13620 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13621 @item 5
13622 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13623 @item 6
13624 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13625 @item 7
13626 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13627 @item 8
13628 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13629 @item 9
13630 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13631 @end table
13633 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13634 @subsection Truncating the Stack
13636 @noindent
13637 @kindex d t
13638 @pindex calc-truncate-stack
13639 @cindex Truncating the stack
13640 @cindex Narrowing the stack
13641 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13642 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13643 The number right above that line is considered to the be at the top of
13644 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13645 operations (although still visible to the user).  This is similar to the
13646 Emacs ``narrowing'' feature, except that the values below the @samp{.}
13647 are @emph{visible}, just temporarily frozen.  This feature allows you to
13648 keep several independent calculations running at once in different parts
13649 of the stack, or to apply a certain command to an element buried deep in
13650 the stack.
13652 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13653 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13654 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13655 With a positive numeric prefix argument @expr{n}, @kbd{d t} hides the
13656 bottom @expr{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
13657 all but the top @expr{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
13658 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.
13660 @kindex d [
13661 @pindex calc-truncate-up
13662 @kindex d ]
13663 @pindex calc-truncate-down
13664 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
13665 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
13666 line at a time (or several lines with a prefix argument).
13668 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
13669 @subsection Justification
13671 @noindent
13672 @kindex d <
13673 @pindex calc-left-justify
13674 @kindex d =
13675 @pindex calc-center-justify
13676 @kindex d >
13677 @pindex calc-right-justify
13678 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
13679 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
13680 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
13681 (@code{calc-center-justify}).  For example, in Right-Justification mode,
13682 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
13683 window.
13685 If you change the width of the Calculator window you may have to type
13686 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
13687 text.
13689 Right-justification is especially useful together with fixed-point
13690 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
13691 together, the decimal points on numbers will always line up.
13693 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
13694 a little extra control over the display.  The argument specifies the
13695 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
13696 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
13697 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
13698 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
13699 origin and line width is slightly different in each justification
13700 mode.
13702 In Left-Justified mode, the line is indented by a number of spaces
13703 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
13704 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
13705 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
13706 line is indented to the origin.
13708 In Right-Justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
13709 character is just before the origin, or just before the current
13710 window width if no origin was specified.  If the line is too long
13711 for this, then it is broken; the current line width is used, if
13712 specified, or else the origin is used as a width if that is
13713 specified, or else the line is broken to fit in the window.
13715 In Centering mode, the origin is the column number of the center of
13716 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
13717 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
13718 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
13719 line width or Calc window width is used.
13721 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
13722 is indented an additional four spaces to make room for the line
13723 number.  The width of the line number is taken into account when
13724 positioning according to the current Calc window width, but not
13725 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
13726 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
13727 shifted over four spaces to fit the line numbers.
13729 @node Labels,  , Justification, Display Modes
13730 @subsection Labels
13732 @noindent
13733 @kindex d @{
13734 @pindex calc-left-label
13735 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
13736 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
13737 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
13738 appear immediately after the label (unless you specified an origin
13739 greater than the length of the label).  If the entries are centered
13740 or right-justified, the label appears on the far left and does not
13741 affect the horizontal position of the stack entry.
13743 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
13745 @kindex d @}
13746 @pindex calc-right-label
13747 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
13748 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
13749 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
13750 a line width and an origin are given in Right-Justified mode, the
13751 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
13752 justified to the line width.
13754 One application of labels would be to add equation numbers to
13755 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
13756 document (possibly using Embedded mode).  The equations would
13757 typically be centered, and the equation numbers would be on the
13758 left or right as you prefer.
13760 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
13761 @section Language Modes
13763 @noindent
13764 The commands in this section change Calc to use a different notation for
13765 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
13766 other common language such as Pascal or La@TeX{}.  Objects displayed on the
13767 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
13768 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
13769 another buffer will be interpreted according to the current language.
13771 The current language has no effect on things written to or read from the
13772 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
13773 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
13774 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
13776 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
13777 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
13778 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
13779 to switch to C notation.  Now use @code{C-u C-x * g} to grab the formula
13780 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
13781 to the first variable, and @kbd{C-x * y} to yank the formula for the derivative
13782 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
13783 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
13785 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
13786 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
13787 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
13788 and would have written the formula back with notations (like implicit
13789 multiplication) which would not have been valid for a C program.
13791 As another example, suppose you are maintaining a C program and a La@TeX{}
13792 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
13793 formula from the program in C mode, switch to La@TeX{} mode, and yank the
13794 formula into the document in La@TeX{} math-mode format.
13796 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
13797 shifted letter key.
13799 @menu
13800 * Normal Language Modes::
13801 * C FORTRAN Pascal::
13802 * TeX and LaTeX Language Modes::
13803 * Eqn Language Mode::
13804 * Yacas Language Mode::
13805 * Maxima Language Mode::
13806 * Giac Language Mode::
13807 * Mathematica Language Mode::
13808 * Maple Language Mode::
13809 * Compositions::
13810 * Syntax Tables::
13811 @end menu
13813 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
13814 @subsection Normal Language Modes
13816 @noindent
13817 @kindex d N
13818 @pindex calc-normal-language
13819 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
13820 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
13821 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
13822 objects are written in linear form, as they would be typed from the
13823 keyboard.
13825 @kindex d O
13826 @pindex calc-flat-language
13827 @cindex Matrix display
13828 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
13829 identical with the normal one, except that matrices are written in
13830 one-line form along with everything else.  In some applications this
13831 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
13833 @kindex d b
13834 @pindex calc-line-breaking
13835 @cindex Line breaking
13836 @cindex Breaking up long lines
13837 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
13838 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
13839 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
13840 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
13841 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
13842 command, that argument will specify the line width used when breaking
13843 long lines.
13845 @kindex d B
13846 @pindex calc-big-language
13847 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
13848 which uses textual approximations to various mathematical notations,
13849 such as powers, quotients, and square roots:
13851 @example
13852   ____________
13853  | a + 1    2
13854  | ----- + c
13855 \|   b
13856 @end example
13858 @noindent
13859 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
13861 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in Big
13862 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
13863 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
13864 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
13865 notation.
13867 One slight ambiguity of Big notation is that
13869 @example
13870   3
13871 - -
13872   4
13873 @end example
13875 @noindent
13876 can represent either the negative rational number @expr{-3:4}, or the
13877 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
13878 never be displayed because it would immediately be evaluated to
13879 @expr{-3:4} or @expr{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
13880 typical use.
13882 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
13883 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
13884 though generally you will know which interpretation is correct.
13885 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
13886 in Big mode.
13888 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
13889 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
13890 You may find it useful to expand the Calc window's height using
13891 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
13892 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
13894 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
13895 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
13896 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
13897 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
13899 @kindex d U
13900 @pindex calc-unformatted-language
13901 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
13902 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
13903 shown above would be displayed:
13905 @example
13906 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
13907 @end example
13909 These four modes differ only in display format, not in the format
13910 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
13911 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
13912 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
13913 parentheses).
13915 @node C FORTRAN Pascal, TeX and LaTeX Language Modes, Normal Language Modes, Language Modes
13916 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
13918 @noindent
13919 @kindex d C
13920 @pindex calc-c-language
13921 @cindex C language
13922 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
13923 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
13924 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
13925 particular, C language operators and operator precedences are used in
13926 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
13927 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
13928 @samp{pow(a,b)}.
13930 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
13931 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
13932 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
13933 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
13934 mode is the same as @samp{a_i} in Normal mode.  Assignments
13935 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
13936 using the @samp{:=} symbol.
13938 The variables @code{pi} and @code{e} would be displayed @samp{pi}
13939 and @samp{e} in Normal mode, but in C mode they are displayed as
13940 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
13941 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
13942 names are different in C are translated automatically for entry and
13943 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
13944 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
13945 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
13947 @kindex d P
13948 @pindex calc-pascal-language
13949 @cindex Pascal language
13950 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
13951 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
13952 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
13953 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
13954 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
13955 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
13956 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
13957 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
13958 of handling these in Pascal.
13960 @kindex d F
13961 @pindex calc-fortran-language
13962 @cindex FORTRAN language
13963 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
13964 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
13965 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
13966 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
13967 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
13968 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
13969 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
13970 If the variable @code{a} has been declared to have type
13971 @code{vector} or @code{matrix}, however,  then @samp{a(i)} will be
13972 parsed as a subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't
13973 matter, though; if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and
13974 Calc interprets it as a function call, you'll never know the difference
13975 unless you switch to another language mode or replace @code{a} with an
13976 actual vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
13977 function!).
13979 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
13980 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
13981 Normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
13983 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
13984 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
13985 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
13986 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
13987 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
13988 convert to lower-case for display and input.
13990 @node TeX and LaTeX Language Modes, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
13991 @subsection @TeX{} and La@TeX{} Language Modes
13993 @noindent
13994 @kindex d T
13995 @pindex calc-tex-language
13996 @cindex TeX language
13997 @kindex d L
13998 @pindex calc-latex-language
13999 @cindex LaTeX language
14000 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
14001 of ``math mode'' in Donald Knuth's @TeX{} typesetting language,
14002 and the @kbd{d L} (@code{calc-latex-language}) command selects the
14003 conventions of ``math mode'' in La@TeX{}, a typesetting language that
14004 uses @TeX{} as its formatting engine.  Calc's La@TeX{} language mode can
14005 read any formula that the @TeX{} language mode can, although La@TeX{}
14006 mode may display it differently.
14008 Formulas are entered and displayed in the appropriate notation;
14009 @texline @math{\sin(a/b)}
14010 @infoline @expr{sin(a/b)}
14011 will appear as @samp{\sin\left( @{a \over b@} \right)} in @TeX{} mode and
14012 @samp{\sin\left(\frac@{a@}@{b@}\right)} in La@TeX{} mode.
14013 Math formulas are often enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{} and
14014 La@TeX{}; these should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc,
14015 the @samp{$} sign has the same meaning it always does in algebraic
14016 formulas (a reference to an existing entry on the stack).
14018 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
14019 quotients are written using @code{\over} in @TeX{} mode (as in 
14020 @code{@{a \over b@}}) and @code{\frac} in La@TeX{} mode (as in
14021 @code{\frac@{a@}@{b@}});  binomial coefficients are written with
14022 @code{\choose} in @TeX{} mode (as in @code{@{a \choose b@}}) and
14023 @code{\binom} in La@TeX{} mode (as in @code{\binom@{a@}@{b@}}).
14024 Interval forms are written with @code{\ldots}, and error forms are
14025 written with @code{\pm}. Absolute values are written as in 
14026 @samp{|x + 1|}, and the floor and ceiling functions are written with
14027 @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc. The words @code{\left} and
14028 @code{\right} are ignored when reading formulas in @TeX{} and La@TeX{}
14029 modes.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written as @code{\infty};
14030 when read, @code{\infty} always translates to @code{inf}.
14032 Function calls are written the usual way, with the function name followed
14033 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{}
14034 and La@TeX{} have special names (like @code{\sin}) will use curly braces
14035 instead of parentheses for very simple arguments.  During input, curly
14036 braces and parentheses work equally well for grouping, but when the
14037 document is formatted the curly braces will be invisible.  Thus the
14038 printed result is 
14039 @texline @math{\sin{2 x}}
14040 @infoline @expr{sin 2x} 
14041 but 
14042 @texline @math{\sin(2 + x)}.
14043 @infoline @expr{sin(2 + x)}.
14045 Function and variable names not treated specially by @TeX{} and La@TeX{}
14046 are simply written out as-is, which will cause them to come out in
14047 italic letters in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} or
14048 @kbd{d L} with a positive numeric prefix argument, names of more than
14049 one character will instead be enclosed in a protective commands that
14050 will prevent them from being typeset in the math italics; they will be
14051 written @samp{\hbox@{@var{name}@}} in @TeX{} mode and 
14052 @samp{\text@{@var{name}@}} in La@TeX{} mode.  The
14053 @samp{\hbox@{ @}} and @samp{\text@{ @}} notations are ignored during
14054 reading.  If you use a negative prefix argument, such function names are
14055 written @samp{\@var{name}}, and function names that begin with @code{\} during
14056 reading have the @code{\} removed.  (Note that in this mode, long
14057 variable names are still written with @code{\hbox} or @code{\text}.
14058 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar} in
14059 any @TeX{} mode.)
14061 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14062 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14063 @code{\bmatrix}.  In La@TeX{} mode this also applies to 
14064 @samp{\begin@{matrix@} ... \end@{matrix@}},
14065 @samp{\begin@{bmatrix@} ... \end@{bmatrix@}},
14066 @samp{\begin@{pmatrix@} ... \end@{pmatrix@}}, as well as
14067 @samp{\begin@{smallmatrix@} ... \end@{smallmatrix@}}.
14068 The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14069 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14070 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14071 format in @TeX{} mode and in 
14072 @samp{\begin@{pmatrix@} a & b \\ c & d \end@{pmatrix@}} format in
14073 La@TeX{} mode; you may need to edit this afterwards to change to your
14074 preferred matrix form.  If you invoke @kbd{d T} or @kbd{d L} with an
14075 argument of 2 or -2, then matrices will be displayed in two-dimensional
14076 form, such as 
14078 @example
14079 \begin@{pmatrix@}
14080 a & b \\
14081 c & d
14082 \end@{pmatrix@}
14083 @end example
14085 @noindent
14086 This may be convenient for isolated matrices, but could lead to
14087 expressions being displayed like
14089 @example
14090 \begin@{pmatrix@} \times x
14091 a & b \\
14092 c & d
14093 \end@{pmatrix@}
14094 @end example
14096 @noindent
14097 While this wouldn't bother Calc, it is incorrect La@TeX{}.
14098 (Similarly for @TeX{}.)
14100 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14101 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14102 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14103 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14104 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14105 in Calc, @TeX{}, La@TeX{} and @dfn{eqn} (described in the next section):
14107 @iftex
14108 @begingroup
14109 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14110 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14111 @end iftex
14112 @ignore
14113 @starindex
14114 @end ignore
14115 @tindex acute
14116 @ignore
14117 @starindex
14118 @end ignore
14119 @tindex Acute
14120 @ignore
14121 @starindex
14122 @end ignore
14123 @tindex bar
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 Breve
14136 @ignore
14137 @starindex
14138 @end ignore
14139 @tindex check
14140 @ignore
14141 @starindex
14142 @end ignore
14143 @tindex Check
14144 @ignore
14145 @starindex
14146 @end ignore
14147 @tindex dddot
14148 @ignore
14149 @starindex
14150 @end ignore
14151 @tindex ddddot
14152 @ignore
14153 @starindex
14154 @end ignore
14155 @tindex dot
14156 @ignore
14157 @starindex
14158 @end ignore
14159 @tindex Dot
14160 @ignore
14161 @starindex
14162 @end ignore
14163 @tindex dotdot
14164 @ignore
14165 @starindex
14166 @end ignore
14167 @tindex DotDot
14168 @ignore
14169 @starindex
14170 @end ignore
14171 @tindex dyad
14172 @ignore
14173 @starindex
14174 @end ignore
14175 @tindex grave
14176 @ignore
14177 @starindex
14178 @end ignore
14179 @tindex Grave
14180 @ignore
14181 @starindex
14182 @end ignore
14183 @tindex hat
14184 @ignore
14185 @starindex
14186 @end ignore
14187 @tindex Hat
14188 @ignore
14189 @starindex
14190 @end ignore
14191 @tindex Prime
14192 @ignore
14193 @starindex
14194 @end ignore
14195 @tindex tilde
14196 @ignore
14197 @starindex
14198 @end ignore
14199 @tindex Tilde
14200 @ignore
14201 @starindex
14202 @end ignore
14203 @tindex under
14204 @ignore
14205 @starindex
14206 @end ignore
14207 @tindex Vec
14208 @ignore
14209 @starindex
14210 @end ignore
14211 @tindex VEC
14212 @iftex
14213 @endgroup
14214 @end iftex
14215 @example
14216 Calc      TeX           LaTeX         eqn
14217 ----      ---           -----         ---
14218 acute     \acute        \acute        
14219 Acute                   \Acute        
14220 bar       \bar          \bar          bar
14221 Bar                     \Bar
14222 breve     \breve        \breve        
14223 Breve                   \Breve        
14224 check     \check        \check        
14225 Check                   \Check        
14226 dddot                   \dddot
14227 ddddot                  \ddddot
14228 dot       \dot          \dot          dot
14229 Dot                     \Dot
14230 dotdot    \ddot         \ddot         dotdot
14231 DotDot                  \Ddot         
14232 dyad                                  dyad
14233 grave     \grave        \grave        
14234 Grave                   \Grave        
14235 hat       \hat          \hat          hat
14236 Hat                     \Hat          
14237 Prime                                 prime
14238 tilde     \tilde        \tilde        tilde
14239 Tilde                   \Tilde
14240 under     \underline    \underline    under
14241 Vec       \vec          \vec          vec
14242 VEC                     \Vec
14243 @end example
14245 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14246 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14247 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14248 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14249 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14250 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14251 You will typically want to include one of the following definitions
14252 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14254 @example
14255 \def\evalto@{@}
14256 \def\evalto#1\to@{@}
14257 @end example
14259 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14260 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14261 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14262 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14263 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14264 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14266 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14267 reading is:
14269 @example
14270 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14271 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14272 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14273 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14274 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14275 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14276 \evalto
14277 @end example
14279 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} or
14280 La@TeX{} formula into Calc and writing it back out may lose spacing and
14281 font information. 
14283 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14284 the same as @samp{*}.
14286 @ifnottex
14287 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14288 end of this section.
14289 @end ifnottex
14290 @iftex
14291 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14293 @example
14294 @group
14295 sin(a^2 / b_i)
14296 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14297 @end group
14298 @end example
14299 @tex
14300 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14301 @end tex
14302 @sp 1
14304 @example
14305 @group
14306 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14307 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14308 @end group
14309 @end example
14310 @tex
14311 \turnoffactive
14312 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14313 @end tex
14314 @sp 1
14316 @example
14317 @group
14318 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14319 [|a|, \left| a \over b \right|,
14320  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14321 @end group
14322 @end example
14323 @tex
14324 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14325     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14326 @end tex
14327 @sp 1
14329 @example
14330 @group
14331 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14332 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14333  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14334 @end group
14335 @end example
14336 @tex
14337 \turnoffactive
14338 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14339 @end tex
14340 @sp 2
14342 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14343 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14344 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14346 @example
14347 @group
14348 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14349 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14350 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14351 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14352 @end group
14353 @end example
14354 @tex
14355 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14356 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14357 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14358 @end tex
14359 @sp 2
14361 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14363 @example
14364 @group
14365 2 + 3 => 5
14366 \evalto 2 + 3 \to 5
14367 @end group
14368 @end example
14369 @tex
14370 \turnoffactive
14371 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14372 $$ 5 $$
14373 @end tex
14374 @sp 2
14376 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14378 @example
14379 @group
14380 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14381 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14382 @end group
14383 @end example
14384 @tex
14385 \turnoffactive
14386 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14387 {\let\to\Rightarrow
14388 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14389 @end tex
14390 @sp 2
14392 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14394 @example
14395 @group
14396 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14397 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14398 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14399 @end group
14400 @end example
14401 @tex
14402 \turnoffactive
14403 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14404 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14405 @end tex
14406 @sp 2
14407 @end iftex
14409 @node Eqn Language Mode, Yacas Language Mode, TeX and LaTeX Language Modes, Language Modes
14410 @subsection Eqn Language Mode
14412 @noindent
14413 @kindex d E
14414 @pindex calc-eqn-language
14415 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14416 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14417 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14418 command selects @dfn{eqn} notation.
14420 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14421 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14422 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14423 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14424 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14425 required only when the argument contains spaces.
14427 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14428 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14429 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14430 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14431 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14432 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14433 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14435 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14436 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14437 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14438 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14439 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14440 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14441 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14442 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14443 names, too.)
14445 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14446 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14447 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14448 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14449 the typeset output of @dfn{eqn}).
14451 As in La@TeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14452 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14453 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14454 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14456 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14457 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14458 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14459 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14460 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14461 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14462 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14464 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14465 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.  
14466 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a table of these accent
14467 functions.  The @code{prime} accent is treated specially if it occurs on
14468 a variable or function name: @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is
14469 stored internally as @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the
14470 derivative of @samp{f(2 x)} with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2
14471 x)}, which @dfn{eqn} mode will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14473 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14474 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14475 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a discussion
14476 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14477 recognized for these operators during reading.
14479 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14480 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14481 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14482 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14483 if the matrix justification mode so specifies.
14485 @node Yacas Language Mode, Maxima Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14486 @subsection Yacas Language Mode
14488 @noindent
14489 @kindex d Y
14490 @pindex calc-yacas-language
14491 @cindex Yacas language
14492 The @kbd{d Y} (@code{calc-yacas-language}) command selects the
14493 conventions of Yacas, a free computer algebra system.  While the
14494 operators and functions in Yacas are similar to those of Calc, the names
14495 of built-in functions in Yacas are capitalized.  The Calc formula 
14496 @samp{sin(2 x)}, for example, is entered and displayed @samp{Sin(2 x)}
14497 in Yacas mode,  and `@samp{arcsin(x^2)} is @samp{ArcSin(x^2)} in Yacas
14498 mode.  Complex numbers are written  are written @samp{3 + 4 I}.
14499 The standard special constants are written @code{Pi}, @code{E},
14500 @code{I}, @code{GoldenRatio} and @code{Gamma}.  @code{Infinity}
14501 represents both @code{inf} and @code{uinf}, and @code{Undefined}
14502 represents @code{nan}.
14504 Certain operators on functions, such as @code{D} for differentiation 
14505 and @code{Integrate} for integration, take a prefix form in Yacas.  For
14506 example, the derivative of @w{@samp{e^x sin(x)}} can be computed with 
14507 @w{@samp{D(x) Exp(x)*Sin(x)}}.
14509 Other notable differences between Yacas and standard Calc expressions
14510 are that vectors and matrices use curly braces in Yacas, and subscripts
14511 use square brackets.  If, for example, @samp{A} represents the list
14512 @samp{@{a,2,c,4@}}, then @samp{A[3]} would equal @samp{c}.
14515 @node Maxima Language Mode, Giac Language Mode, Yacas Language Mode, Language Modes
14516 @subsection Maxima Language Mode
14518 @noindent
14519 @kindex d X
14520 @pindex calc-maxima-language
14521 @cindex Maxima language
14522 The @kbd{d X} (@code{calc-maxima-language}) command selects the
14523 conventions of Maxima, another free computer algebra system.  The
14524 function names in Maxima are similar, but not always identical, to Calc.
14525 For example, instead of @samp{arcsin(x)}, Maxima will use 
14526 @samp{asin(x)}.  Complex numbers are written @samp{3 + 4 %i}.  The
14527 standard special constants are written @code{%pi},  @code{%e},
14528 @code{%i}, @code{%phi} and @code{%gamma}.  In Maxima,  @code{inf} means
14529 the same as in Calc, but @code{infinity} represents Calc's @code{uinf}.
14531 Underscores as well as percent signs are allowed in function and
14532 variable names in Maxima mode.  The underscore again is equivalent to
14533 the @samp{#} in Normal mode, and the percent sign is equivalent to 
14534 @samp{o'o}.  
14536 Maxima uses square brackets for lists and vectors, and matrices are
14537 written as calls to the function @code{matrix}, given the row vectors of
14538 the matrix as arguments.  Square brackets are also used as subscripts.
14540 @node Giac Language Mode, Mathematica Language Mode, Maxima Language Mode, Language Modes
14541 @subsection Giac Language Mode
14543 @noindent
14544 @kindex d A
14545 @pindex calc-giac-language
14546 @cindex Giac language
14547 The @kbd{d A} (@code{calc-giac-language}) command selects the
14548 conventions of Giac, another free computer algebra system.  The function
14549 names in Giac are similar to Maxima.  Complex numbers are written
14550 @samp{3 + 4 i}.  The standard special constants in Giac are the same as
14551 in Calc, except that @code{infinity} represents both Calc's @code{inf}
14552 and @code{uinf}. 
14554 Underscores are allowed in function and variable names in Giac mode.
14555 Brackets are used for subscripts.  In Giac, indexing of lists begins at
14556 0, instead of 1 as in Calc.  So if  @samp{A} represents the list
14557 @samp{[a,2,c,4]}, then @samp{A[2]} would equal @samp{c}.  In general,
14558 @samp{A[n]} in Giac mode corresponds to @samp{A_(n+1)} in Normal mode.
14560 The Giac interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14561 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]} and
14562 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot see
14563 the difference between an open and a closed interval while in Giac mode.
14565 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Giac Language Mode, Language Modes
14566 @subsection Mathematica Language Mode
14568 @noindent
14569 @kindex d M
14570 @pindex calc-mathematica-language
14571 @cindex Mathematica language
14572 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14573 conventions of Mathematica.  Notable differences in Mathematica mode
14574 are that the names of built-in functions are capitalized, and function
14575 calls use square brackets instead of parentheses.  Thus the Calc
14576 formula @samp{sin(2 x)} is entered and displayed @w{@samp{Sin[2 x]}} in
14577 Mathematica mode.
14579 Vectors and matrices use curly braces in Mathematica.  Complex numbers
14580 are written @samp{3 + 4 I}.  The standard special constants in Calc are
14581 written @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, @code{GoldenRatio}, @code{EulerGamma},
14582 @code{Infinity}, @code{ComplexInfinity}, and @code{Indeterminate} in
14583 Mathematica mode.
14584 Non-decimal numbers are written, e.g., @samp{16^^7fff}.  Floating-point
14585 numbers in scientific notation are written @samp{1.23*10.^3}.
14586 Subscripts use double square brackets: @samp{a[[i]]}.
14588 @node Maple Language Mode, Compositions, Mathematica Language Mode, Language Modes
14589 @subsection Maple Language Mode
14591 @noindent
14592 @kindex d W
14593 @pindex calc-maple-language
14594 @cindex Maple language
14595 The @kbd{d W} (@code{calc-maple-language}) command selects the
14596 conventions of Maple.
14598 Maple's language is much like C.  Underscores are allowed in symbol
14599 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14600 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14601 denote powers.
14603 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14604 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14605 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14606 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14607 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14608 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14610 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} is like Giac's interval
14611 notation, and is handled the same by Calc.
14613 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14614 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14615 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14616 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14618 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14619 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14620 inert (@samp{&}) operators.
14622 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14623 @subsection Compositions
14625 @noindent
14626 @cindex Compositions
14627 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14628 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14629 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14630 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14631 are recognized by Calc's display formatting routines.
14633 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14634 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14635 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14636 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14637 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14638 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14639 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14640 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14642 The composition functions do the same thing in all language modes
14643 (although their components will of course be formatted in the current
14644 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14645 which does not give the composition functions any special treatment.
14646 The functions are discussed here because of their relationship to
14647 the language modes.
14649 @menu
14650 * Composition Basics::
14651 * Horizontal Compositions::
14652 * Vertical Compositions::
14653 * Other Compositions::
14654 * Information about Compositions::
14655 * User-Defined Compositions::
14656 @end menu
14658 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14659 @subsubsection Composition Basics
14661 @noindent
14662 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14663 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14664 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14665 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14666 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14667 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14668 For example, in the Big mode formula
14670 @example
14671 @group
14672           2
14673      a + b
14674 17 + ------
14675        c
14676 @end group
14677 @end example
14679 @noindent
14680 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14681 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14682 is placed on the same level as the baseline of 17.
14684 @tex
14685 \bigskip
14686 @end tex
14688 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14689 an integer that represents the binding strength of various operators.
14690 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14691 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14692 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14694 The operator table used by normal and Big language modes has the
14695 following precedences:
14697 @example
14698 _     1200    @r{(subscripts)}
14699 %     1100    @r{(as in n}%@r{)}
14700 !     1000    @r{(as in }!@r{n)}
14701 mod    400
14702 +/-    300
14703 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14704 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14705 ^      200
14706 -      197    @r{(as in }-@r{n)}
14707 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14708 / % \  190
14709 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14710 |      170
14711 < =    160    @r{(and other relations)}
14712 &&     110
14713 ||     100
14714 ? :     90
14715 !!!     85
14716 &&&     80
14717 |||     75
14718 :=      50
14719 ::      45
14720 =>      40
14721 @end example
14723 The general rule is that if an operator with precedence @expr{n}
14724 occurs as an argument to an operator with precedence @expr{m}, then
14725 the argument is enclosed in parentheses if @expr{n < m}.  Top-level
14726 expressions and expressions which are function arguments, vector
14727 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14728 normally never get additional parentheses).
14730 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14731 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14732 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14733 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14734 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14735 with one-higher precedence.
14737 @ignore
14738 @starindex
14739 @end ignore
14740 @tindex cprec
14741 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
14742 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
14743 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
14744 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
14745 precedence than multiplication).
14747 @tex
14748 \bigskip
14749 @end tex
14751 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
14752 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
14753 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
14754 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
14755 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
14756 exactly as specified.  If they come out wider than the current
14757 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
14758 view them.
14760 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
14761 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
14762 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
14763 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
14764 move down to the next line starting at the first break point that
14765 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
14766 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
14767 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
14768 For example, a vector of sums might be formatted as:
14770 @example
14771 @group
14772 [ a + b + c, d + e + f,
14773   g + h + i, j + k + l, m ]
14774 @end group
14775 @end example
14777 @noindent
14778 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
14779 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
14780 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
14781 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
14782 itself been too large to fit.
14784 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
14785 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
14786 also generates breakable items:  A break point is added after every
14787 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
14788 end of the string.
14790 Composition functions themselves count as levels in the formula
14791 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
14792 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
14793 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
14794 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
14795 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
14796 will be on the same level as the break points of the surrounding
14797 object.
14799 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
14800 @subsubsection Horizontal Compositions
14802 @noindent
14803 @ignore
14804 @starindex
14805 @end ignore
14806 @tindex choriz
14807 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
14808 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
14809 as @w{@samp{17a b / cd}} in Normal language mode, or as
14811 @example
14812 @group
14813   a b
14814 17---d
14815    c
14816 @end group
14817 @end example
14819 @noindent
14820 in Big language mode.  This is actually one case of the general
14821 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
14822 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
14823 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
14824 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
14825 the precedence from the surrounding environment.
14827 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
14828 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
14829 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
14830 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
14831 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
14832 (unless any of its component compositions are breakable).
14834 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
14835 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
14836 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
14837 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
14838 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
14840 The baseline of a horizontal composition is the same as the
14841 baselines of the component compositions, which are all aligned.
14843 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
14844 @subsubsection Vertical Compositions
14846 @noindent
14847 @ignore
14848 @starindex
14849 @end ignore
14850 @tindex cvert
14851 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
14852 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
14853 the result is by default the top line of the resulting composition.
14854 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
14855 formats in Big mode as
14857 @example
14858 @group
14859 f( a ,  2    )
14860   bb   a  + 1
14861   ccc     2
14862          b
14863 @end group
14864 @end example
14866 @ignore
14867 @starindex
14868 @end ignore
14869 @tindex cbase
14870 There are several special composition functions that work only as
14871 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
14872 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
14873 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
14874 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
14875 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
14877 @example
14878 @group
14879         2
14880        a  + 1
14881    a      2
14882 f(bb ,   b   )
14883   ccc
14884 @end group
14885 @end example
14887 @ignore
14888 @starindex
14889 @end ignore
14890 @tindex ctbase
14891 @ignore
14892 @starindex
14893 @end ignore
14894 @tindex cbbase
14895 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
14896 make the baseline of the vertical composition equal to the top
14897 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
14898 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
14899 cvert([cbbase(a / b)])} gives
14901 @example
14902 @group
14903         a
14904 a       -
14905 - + a + b
14906 b   -
14907     b
14908 @end group
14909 @end example
14911 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
14912 function in a given vertical composition.  These functions can also
14913 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
14914 which means the baseline is the top line of the following item, and
14915 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
14916 item.
14918 @ignore
14919 @starindex
14920 @end ignore
14921 @tindex crule
14922 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
14923 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
14924 characters to build the rule.  You can specify any other character,
14925 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
14926 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
14927 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
14928 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
14930 @example
14931 @group
14932 a + 1
14933 =====
14934   2
14936 @end group
14937 @end example
14939 @ignore
14940 @starindex
14941 @end ignore
14942 @tindex clvert
14943 @ignore
14944 @starindex
14945 @end ignore
14946 @tindex crvert
14947 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
14948 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
14949 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
14950 gives:
14952 @example
14953 @group
14954 a   +   a
14955 bb     bb
14956 ccc   ccc
14957 @end group
14958 @end example
14960 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
14961 which gives the precedence to use when formatting the components.
14962 Vertical compositions do not support separator strings.
14964 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
14965 @subsubsection Other Compositions
14967 @noindent
14968 @ignore
14969 @starindex
14970 @end ignore
14971 @tindex csup
14972 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
14973 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
14974 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
14975 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
14976 bottom line is one above the baseline.
14978 @ignore
14979 @starindex
14980 @end ignore
14981 @tindex csub
14982 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
14983 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
14984 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
14985 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
14986 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
14988 @ignore
14989 @starindex
14990 @end ignore
14991 @tindex cflat
14992 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
14993 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
14994 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
14995 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
14996 to improve its readability.
14998 @ignore
14999 @starindex
15000 @end ignore
15001 @tindex cspace
15002 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
15003 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
15004 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
15005 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
15006 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
15007 it is formatted in the normal way and then several copies of that
15008 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
15010 @example
15011 @group
15012  2 2 2 2
15013 a a a a
15014 @end group
15015 @end example
15017 @noindent
15018 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
15020 @ignore
15021 @starindex
15022 @end ignore
15023 @tindex cvspace
15024 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
15025 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
15026 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
15027 argument of zero will produce an object which contributes zero
15028 height if used in a vertical composition.
15030 @ignore
15031 @starindex
15032 @end ignore
15033 @tindex ctspace
15034 @ignore
15035 @starindex
15036 @end ignore
15037 @tindex cbspace
15038 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
15039 create vertical space with the baseline the same as the baseline
15040 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
15041 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
15042 displays as:
15044 @example
15045 @group
15046         a
15047         -
15048 a       b
15049 -   a   a
15050 b + - + -
15051 a   b   b
15052 -   a
15053 b   -
15054     b
15055 @end group
15056 @end example
15058 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
15059 @subsubsection Information about Compositions
15061 @noindent
15062 The functions in this section are actual functions; they compose their
15063 arguments according to the current language and other display modes,
15064 then return a certain measurement of the composition as an integer.
15066 @ignore
15067 @starindex
15068 @end ignore
15069 @tindex cwidth
15070 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
15071 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
15072 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in Normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
15073 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
15074 the composition functions described in this section.
15076 @ignore
15077 @starindex
15078 @end ignore
15079 @tindex cheight
15080 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
15081 This is the total number of lines in the argument's printed form.
15083 @ignore
15084 @starindex
15085 @end ignore
15086 @tindex cascent
15087 @ignore
15088 @starindex
15089 @end ignore
15090 @tindex cdescent
15091 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
15092 of the height that is above (and including) the baseline, or below
15093 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
15094 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
15095 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
15096 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
15097 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
15098 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
15100 @node User-Defined Compositions,  , Information about Compositions, Compositions
15101 @subsubsection User-Defined Compositions
15103 @noindent
15104 @kindex Z C
15105 @pindex calc-user-define-composition
15106 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
15107 define the display format for any algebraic function.  You provide a
15108 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
15109 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
15110 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
15111 replaces the function call with that formula with the arguments
15112 replaced.
15114 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
15115 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
15116 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
15117 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
15118 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
15119 affect the display at all.
15121 You can define formats for built-in functions, for functions you have
15122 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
15123 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
15124 You can define different formats for each language mode, and for each
15125 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
15126 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15127 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15128 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15129 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15130 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15132 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15133 formula, any defined formats for the function in the current language
15134 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15136 For example, the default format for the binomial coefficient function
15137 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15139 @example
15140 @group
15142 ( )
15144 @end group
15145 @end example
15147 @noindent
15148 You might prefer the notation,
15150 @example
15151 @group
15153 n m
15154 @end group
15155 @end example
15157 @noindent
15158 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15159 then put the formula
15161 @smallexample
15162 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15163 @end smallexample
15165 @noindent
15166 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15167 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15168 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15169 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15170 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15171 as an algebraic entry.
15173 @example
15174 @group
15175  C  +  C
15176 a b   7 3
15177 @end group
15178 @end example
15180 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15181 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15182 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15183 instead of parentheses.
15185 @smallexample
15186 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15187 @end smallexample
15189 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15190 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15192 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15193 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15194 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15195 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15196 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15197 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15198 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15199 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15200 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15201 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15202 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15203 it can easily be confused with a real sum.)
15205 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15206 composition formula to cause all or part of the formula to be
15207 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15208 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15209 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15210 regardless of the current simplification mode.  There are also
15211 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15212 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15213 operate only in the context of composition formulas (and also in
15214 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15215 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15216 symbolic form.
15218 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15219 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15220 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15221 there are several situations where it could be slow.  For example,
15222 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15223 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15224 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15225 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15226 produce a large, unwieldy integer.
15228 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15229 command (@pxref{Creating User Keys}).
15231 @node Syntax Tables,  , Compositions, Language Modes
15232 @subsection Syntax Tables
15234 @noindent
15235 @cindex Syntax tables
15236 @cindex Parsing formulas, customized
15237 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15238 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15239 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15241 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15242 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15244 @kindex Z S
15245 @pindex calc-edit-user-syntax
15246 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15247 syntax table for the current language mode.  If you want your
15248 syntax to work in any language, define it in the Normal language
15249 mode.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing the syntax table, or
15250 @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15251 the syntax tables along with the other mode settings;
15252 @pxref{General Mode Commands}.
15254 @menu
15255 * Syntax Table Basics::
15256 * Precedence in Syntax Tables::
15257 * Advanced Syntax Patterns::
15258 * Conditional Syntax Rules::
15259 @end menu
15261 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15262 @subsubsection Syntax Table Basics
15264 @noindent
15265 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15266 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15267 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15268 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15269 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15270 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15271 the parser matches this string of tokens against various built-in
15272 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15273 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15274 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15276 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15277 which allow you to specify new patterns to define your own
15278 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15279 table for the current language mode, then the table for the Normal
15280 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15281 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15282 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15283 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15284 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15285 completely different.)
15287 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15288 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15289 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15291 @example
15292 foo ( ) := 2+3
15293 @end example
15295 @noindent
15296 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15297 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15298 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15299 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15300 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15301 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15302 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15303 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15304 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15305 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15306 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15307 calls would no longer recognize it!
15309 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15310 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15311 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15313 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15314 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15315 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15316 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15317 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15318 and postfix operator, respectively:
15320 @example
15321 foo ( # ) := myfunc(#1)
15322 foo # := myprefix(#1)
15323 # foo # := myinfix(#1,#2)
15324 # foo := mypostfix(#1)
15325 @end example
15327 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15328 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15330 It is important to write the first two rules in the order shown,
15331 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15332 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15333 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15334 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15335 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15336 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15337 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15338 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15339 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15340 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15341 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15343 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15344 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15345 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15346 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15347 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15348 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15349 expressions with nothing between them will be parsed as one
15350 expression that uses implicit multiplication.
15352 As a more practical example, Maple uses the notation
15353 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15354 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15355 rule,
15357 @example
15358 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15359 @end example
15361 @noindent
15362 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15363 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15364 define these operators quite easily:
15366 @example
15367 # *= # := muleq(#1,#2)
15368 # ++ := postinc(#1)
15369 ++ # := preinc(#1)
15370 @end example
15372 @noindent
15373 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15374 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15375 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15376 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15378 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15379 interpretation in syntax patterns:
15381 @example
15382 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15383 @end example
15385 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15386 again it is generally better to use two tokens than one token with
15387 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15388 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15389 backslashes in tokens.)
15391 @example
15392 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15393 @end example
15395 @noindent
15396 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15398 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15399 it is not valid to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15400 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15401 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15402 the syntax table will prevent those characters from working in their
15403 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15404 respectively).
15406 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15407 the rest of the line to be ignored as a comment.
15409 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15410 @subsubsection Precedence
15412 @noindent
15413 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15414 By default, an operator defined by a rule like
15416 @example
15417 # foo # := foo(#1,#2)
15418 @end example
15420 @noindent
15421 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15422 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15423 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15424 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15425 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15426 @samp{*}, so if we change this rule to
15428 @example
15429 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15430 @end example
15432 @noindent
15433 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15434 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15435 precedence, our new operator will be left-associative:
15436 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15437 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15438 can create a right-associative operator.
15440 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15441 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15442 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15444 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15445 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15447 @noindent
15448 To match a function with a variable number of arguments, you could
15449 write
15451 @example
15452 foo ( # ) := myfunc(#1)
15453 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15454 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15455 @end example
15457 @noindent
15458 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15459 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15460 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15462 @example
15463 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15464 @end example
15466 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15467 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15468 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15469 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15470 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15471 separator token (with no space in between, as shown above).
15472 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15473 several expressions separated by commas.
15475 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15476 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15477 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15478 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15479 of arguments and builds a call to the function with those
15480 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15482 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15483 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15484 strung together into the resulting vector.  If the body
15485 does not contain anything but literal tokens, the result will
15486 always be an empty vector.
15488 @example
15489 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15490 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15491 @end example
15493 @noindent
15494 will parse @samp{foo(1, 2, 3, 4)} as @samp{bar([1, 2, 3, 4])}, and
15495 @samp{foo(1, 2; 3, 4)} as @samp{matrix([[1, 2], [3, 4]])}.  Also, after
15496 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15497 @samp{foo(1, 2, 3)} as @samp{matrix([[1, 2, 3]])}, since the first
15498 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15500 @example
15501 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15502 @end example
15504 @noindent
15505 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15506 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15508 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15509 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15510 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15512 @example
15513 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15514 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15515 @end example
15517 @noindent
15518 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15519 which will always be an empty vector, but in the second case no
15520 empty vector is produced.
15522 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15523 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15524 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15525 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 @key{RET}}, omitting
15526 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15527 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15528 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15529 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15530 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15531 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15532 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15533 as optional.
15535 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15536 patterns will not work as you might expect:
15538 @example
15539 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15540 @end example
15542 @noindent
15543 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15544 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15545 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15546 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15547 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15548 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15549 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15551 @example
15552 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15553 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15554 @end example
15556 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15557 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15558 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15559 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15560 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15561 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15562 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15564 @node Conditional Syntax Rules,  , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15565 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15567 @noindent
15568 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15569 example, the rules
15571 @example
15572 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15573 foo ( # ) := gfoo(#1)
15574 @end example
15576 @noindent
15577 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15578 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15579 number of conditions may be attached; all must be true for the
15580 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15581 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15582 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15584 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15585 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15586 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15587 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15588 as if by the @w{@kbd{a s}} algebra command (@pxref{Simplifying Formulas}).
15589 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15590 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15591 results of all conditions are true, the expression (such as
15592 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15593 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15594 goes on to try the next rule in the syntax table.
15596 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15597 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15598 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15599 condition is always true, but as a side effect it defines a
15600 variable which can be used in later conditions, and also in the
15601 expression after the @samp{:=} sign:
15603 @example
15604 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15605 @end example
15607 @noindent
15608 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15609 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15610 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15611 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15613 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15614 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15615 rules.
15617 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15618 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15619 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15620 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15621 conditions and in the result expression.  The arguments to
15622 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15624 @example
15625 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15626 @end example
15628 @noindent
15629 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15630 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15631 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15632 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15633 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15634 Normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15635 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15636 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15638 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15639 @section The @code{Modes} Variable
15641 @noindent
15642 @kindex m g
15643 @pindex calc-get-modes
15644 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15645 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15646 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15647 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15648 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15649 on the current mode settings.
15651 @cindex @code{Modes} variable
15652 @vindex Modes
15653 The modes vector is also available in the special variable
15654 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes @key{RET}}.
15655 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15656 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15657 command will continue to work, however.)
15659 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15660 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15661 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15662 a numeric prefix to the next command.)
15664 The elements of the modes vector are as follows:
15666 @enumerate
15667 @item
15668 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15670 @item
15671 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15673 @item
15674 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15675 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15677 @item
15678 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15680 @item
15681 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15682 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15683 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15684 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15685 command, but note that this may lose information:  For example,
15686 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15687 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15688 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15689 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15690 will still be frozen at 12 significant figures.
15692 @item
15693 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15694 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15696 @item
15697 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15699 @item
15700 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15702 @item
15703 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15704 Command is @kbd{m p}.
15706 @item
15707 Matrix/Scalar mode.  Default value is @mathit{-1}.  Value is 0 for Scalar
15708 mode, @mathit{-2} for Matrix mode, @mathit{-3} for square Matrix mode,
15709 or @var{N} for  
15710 @texline @math{N\times N}
15711 @infoline @var{N}x@var{N} 
15712 Matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15714 @item
15715 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @mathit{-1} for off (@kbd{m O}),
15716 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15717 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15719 @item
15720 Infinite mode.  Default is @mathit{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15721 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15722 @end enumerate
15724 For example, the sequence @kbd{M-1 m g @key{RET} 2 + ~ p} increases the
15725 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15726 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15727 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15728 keyboard macro.)
15730 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ @key{DEL}} deletes all but the
15731 oldest (bottommost) stack entry.
15733 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15734 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15735 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
15736 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
15737 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
15738 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
15740 @node Calc Mode Line,  , Modes Variable, Mode Settings
15741 @section The Calc Mode Line
15743 @noindent
15744 @cindex Mode line indicators
15745 This section is a summary of all symbols that can appear on the
15746 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
15747 stack window (or under an editing window in Embedded mode).
15749 The basic mode line format is:
15751 @example
15752 --%*-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
15753 @end example
15755 The @samp{%*} indicates that the buffer is ``read-only''; it shows that
15756 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
15757 as if it were text.
15759 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded mode
15760 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
15761 that are in effect.
15763 The first mode is always the current precision, an integer.
15764 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
15765 @code{Rad}, or @code{Hms}.
15767 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
15768 on the mode line:
15770 @table @code
15771 @item Alg
15772 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
15774 @item Alg[(
15775 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
15777 @item Alg*
15778 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
15780 @item Symb
15781 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
15783 @item Matrix
15784 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15786 @item Matrix@var{n}
15787 Dimensioned Matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15789 @item SqMatrix
15790 Square Matrix mode (@kbd{C-u m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15792 @item Scalar
15793 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15795 @item Polar
15796 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
15798 @item Frac
15799 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
15801 @item Inf
15802 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
15804 @item +Inf
15805 Positive Infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
15807 @item NoSimp
15808 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
15810 @item NumSimp
15811 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
15813 @item BinSimp@var{w}
15814 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
15816 @item AlgSimp
15817 Algebraic simplification mode (@kbd{m A}).
15819 @item ExtSimp
15820 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
15822 @item UnitSimp
15823 Units simplification mode (@kbd{m U}).
15825 @item Bin
15826 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
15828 @item Oct
15829 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
15831 @item Hex
15832 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
15834 @item Radix@var{n}
15835 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
15837 @item Zero
15838 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
15840 @item Big
15841 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
15843 @item Flat
15844 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
15846 @item Unform
15847 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
15849 @item C
15850 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
15852 @item Pascal
15853 Pascal language mode (@kbd{d P}).
15855 @item Fortran
15856 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
15858 @item TeX
15859 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15861 @item LaTeX
15862 La@TeX{} language mode (@kbd{d L}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15864 @item Eqn
15865 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
15867 @item Math
15868 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
15870 @item Maple
15871 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
15873 @item Norm@var{n}
15874 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
15876 @item Fix@var{n}
15877 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
15879 @item Sci
15880 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
15882 @item Sci@var{n}
15883 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
15885 @item Eng
15886 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
15888 @item Eng@var{n}
15889 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
15891 @item Left@var{n}
15892 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
15894 @item Right
15895 Right-justified display (@kbd{d >}).
15897 @item Right@var{n}
15898 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
15900 @item Center
15901 Centered display (@kbd{d =}).
15903 @item Center@var{n}
15904 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
15906 @item Wid@var{n}
15907 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
15909 @item Wide
15910 No line breaking (@kbd{d b}).
15912 @item Break
15913 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
15915 @item Save
15916 Record modes in @file{~/.calc.el} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
15918 @item Local
15919 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15921 @item LocEdit
15922 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15924 @item LocPerm
15925 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15927 @item Global
15928 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15930 @item Manual
15931 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
15932 Recomputation}).
15934 @item Graph
15935 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
15937 @item Sel
15938 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
15940 @item Dirty
15941 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
15943 @item Inv
15944 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
15946 @item Hyp
15947 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
15949 @item Keep
15950 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
15952 @item Narrow
15953 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
15954 @end table
15956 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
15957 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
15959 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
15960 @chapter Arithmetic Functions
15962 @noindent
15963 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
15964 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
15965 commands work by removing the top one or two values from the stack,
15966 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
15967 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
15968 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
15969 is invalid) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
15971 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
15972 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
15973 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
15975 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
15976 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
15977 interpret a prefix argument.
15979 @menu
15980 * Basic Arithmetic::
15981 * Integer Truncation::
15982 * Complex Number Functions::
15983 * Conversions::
15984 * Date Arithmetic::
15985 * Financial Functions::
15986 * Binary Functions::
15987 @end menu
15989 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
15990 @section Basic Arithmetic
15992 @noindent
15993 @kindex +
15994 @pindex calc-plus
15995 @ignore
15996 @mindex @null
15997 @end ignore
15998 @tindex +
15999 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
16000 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
16001 onto the stack.
16003 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
16004 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
16005 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
16006 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
16007 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
16008 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
16009 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
16010 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
16011 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
16012 to every element of a vector.
16014 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
16015 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
16016 the current Polar mode determines the form of the result.  If Symbolic
16017 mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
16018 conversions for polar addition are non-trivial.
16020 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
16021 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
16022 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
16023 degrees or radians (depending on the current Angular mode) to HMS format
16024 and then the two HMS forms are added.
16026 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
16027 real number, which advances the date by a certain number of days, or
16028 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
16029 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
16030 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
16031 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
16032 negative of a date form can be understood by remembering that dates
16033 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
16035 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
16036 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
16037 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
16038 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
16039 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
16040 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
16041 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
16042 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
16044 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @expr{M},
16045 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
16046 result is a modulo form which represents the sum, modulo @expr{M}, of
16047 the two values.
16049 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
16050 which describes all possible sums of the possible input values.  If
16051 one argument is a plain number, it is treated as the interval
16052 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
16054 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
16055 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
16056 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
16057 infinite in different directions the result is @code{nan}.
16059 @kindex -
16060 @pindex calc-minus
16061 @ignore
16062 @mindex @null
16063 @end ignore
16064 @tindex -
16065 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
16066 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
16067 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @mathit{-3}.  All options
16068 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
16070 @kindex *
16071 @pindex calc-times
16072 @ignore
16073 @mindex @null
16074 @end ignore
16075 @tindex *
16076 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
16077 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
16078 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
16079 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
16080 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
16081 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
16082 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
16083 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
16084 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
16086 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
16087 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
16088 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
16089 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
16090 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
16091 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
16092 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
16093 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
16095 @kindex /
16096 @pindex calc-divide
16097 @ignore
16098 @mindex @null
16099 @end ignore
16100 @tindex /
16101 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.  
16103 When combining multiplication and division in an algebraic formula, it
16104 is good style to use parentheses to distinguish between possible
16105 interpretations; the expression @samp{a/b*c} should be written
16106 @samp{(a/b)*c} or @samp{a/(b*c)}, as appropriate.  Without the
16107 parentheses, Calc will interpret @samp{a/b*c} as @samp{a/(b*c)}, since
16108 in algebraic entry Calc gives division a lower precedence than
16109 multiplication. (This is not standard across all computer languages, and
16110 Calc may change the precedence depending on the language mode being used.  
16111 @xref{Language Modes}.)  This default ordering can be changed by setting
16112 the customizable variable @code{calc-multiplication-has-precedence} to
16113 @code{nil} (@pxref{Customizing Calc}); this will give multiplication and
16114 division equal precedences.  Note that Calc's default choice of
16115 precedence allows @samp{a b / c d} to be used as a shortcut for
16116 @smallexample
16117 @group
16118 a b
16119 ---.
16120 c d
16121 @end group
16122 @end smallexample
16124 When dividing a scalar @expr{B} by a square matrix @expr{A}, the
16125 computation performed is @expr{B} times the inverse of @expr{A}.  This
16126 also occurs if @expr{B} is itself a vector or matrix, in which case the
16127 effect is to solve the set of linear equations represented by @expr{B}.
16128 If @expr{B} is a matrix with the same number of rows as @expr{A}, or a
16129 plain vector (which is interpreted here as a column vector), then the
16130 equation @expr{A X = B} is solved for the vector or matrix @expr{X}.
16131 Otherwise, if @expr{B} is a non-square matrix with the same number of
16132 @emph{columns} as @expr{A}, the equation @expr{X A = B} is solved.  If
16133 you wish a vector @expr{B} to be interpreted as a row vector to be
16134 solved as @expr{X A = B}, make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1
16135 v p} first.  To force a left-handed solution with a square matrix
16136 @expr{B}, transpose @expr{A} and @expr{B} before dividing, then
16137 transpose the result.
16139 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
16140 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
16141 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
16142 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
16143 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
16144 interval.
16146 @kindex ^
16147 @pindex calc-power
16148 @ignore
16149 @mindex @null
16150 @end ignore
16151 @tindex ^
16152 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
16153 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
16154 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
16155 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
16156 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
16157 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16159 @kindex I ^
16160 @tindex nroot
16161 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16162 computes an Nth root:  @kbd{125 @key{RET} 3 I ^} computes the number 5.
16163 (This is entirely equivalent to @kbd{125 @key{RET} 1:3 ^}.)
16165 @kindex \
16166 @pindex calc-idiv
16167 @tindex idiv
16168 @ignore
16169 @mindex @null
16170 @end ignore
16171 @tindex \
16172 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16173 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16174 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16175 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16176 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16177 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16179 @kindex %
16180 @pindex calc-mod
16181 @ignore
16182 @mindex @null
16183 @end ignore
16184 @tindex %
16185 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16186 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16187 for all real numbers @expr{a} and @expr{b} (except @expr{b=0}).  For
16188 positive @expr{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16189 @expr{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16190 If @expr{a} is a modulo form, its modulo is changed to @expr{b}, which
16191 must be positive real number.
16193 @kindex :
16194 @pindex calc-fdiv
16195 @tindex fdiv
16196 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command
16197 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16198 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction mode (with
16199 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16200 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16201 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16202 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16203 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16205 @kindex n
16206 @pindex calc-change-sign
16207 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16208 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16209 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16211 @kindex A
16212 @pindex calc-abs
16213 @tindex abs
16214 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16215 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16216 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16217 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16218 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16219 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16220 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16221 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16222 an interval is defined in the obvious way.
16224 @kindex f A
16225 @pindex calc-abssqr
16226 @tindex abssqr
16227 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16228 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16230 @kindex f s
16231 @pindex calc-sign
16232 @tindex sign
16233 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16234 argument is positive, @mathit{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16235 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16236 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16237 zero depending on the sign of @samp{a}.
16239 @kindex &
16240 @pindex calc-inv
16241 @tindex inv
16242 @cindex Reciprocal
16243 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16244 reciprocal of a number, i.e., @expr{1 / x}.  Operating on a square
16245 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16247 @kindex Q
16248 @pindex calc-sqrt
16249 @tindex sqrt
16250 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16251 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16252 complex number whose form is determined by the current Polar mode.
16254 @kindex f h
16255 @pindex calc-hypot
16256 @tindex hypot
16257 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16258 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16259 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @expr{a}
16260 and @expr{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16261 magnitudes are used.
16263 @kindex f Q
16264 @pindex calc-isqrt
16265 @tindex isqrt
16266 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16267 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16268 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16269 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16270 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16271 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16272 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16274 @kindex f n
16275 @kindex f x
16276 @pindex calc-min
16277 @tindex min
16278 @pindex calc-max
16279 @tindex max
16280 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16281 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16282 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16283 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16284 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16285 all the arguments.)
16287 @kindex f M
16288 @kindex f X
16289 @pindex calc-mant-part
16290 @tindex mant
16291 @pindex calc-xpon-part
16292 @tindex xpon
16293 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16294 the ``mantissa'' part @expr{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16295 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16296 @expr{e}.  The original number is equal to 
16297 @texline @math{m \times 10^e},
16298 @infoline @expr{m * 10^e},
16299 where @expr{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16300 @expr{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16301 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16302 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16303 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16304 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16305 a multiple of ten (again except for the @expr{m=e=0} case).
16307 @kindex f S
16308 @pindex calc-scale-float
16309 @tindex scf
16310 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16311 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16312 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16313 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16314 or @samp{1:20} depending on the current Fraction mode.
16316 @kindex f [
16317 @kindex f ]
16318 @pindex calc-decrement
16319 @pindex calc-increment
16320 @tindex decr
16321 @tindex incr
16322 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16323 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16324 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16325 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16326 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16327 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16328 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16329 @samp{0.0} produces 
16330 @texline @math{10^{-p}},
16331 @infoline @expr{10^-p}, 
16332 where @expr{p} is the current
16333 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16334 With numeric prefix arguments, they change the number by @expr{n} units.
16336 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16337 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16338 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16339 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16340 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16341 way floating-point numbers work.
16343 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16344 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16346 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16347 @section Integer Truncation
16349 @noindent
16350 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16351 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16352 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16353 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16354 to integer form.
16356 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16357 expressed as an integer-valued floating-point number.
16359 @cindex Integer part of a number
16360 @kindex F
16361 @pindex calc-floor
16362 @tindex floor
16363 @tindex ffloor
16364 @ignore
16365 @mindex @null
16366 @end ignore
16367 @kindex H F
16368 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16369 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16370 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16371 @mathit{-4}.
16373 @kindex I F
16374 @pindex calc-ceiling
16375 @tindex ceil
16376 @tindex fceil
16377 @ignore
16378 @mindex @null
16379 @end ignore
16380 @kindex H I F
16381 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16382 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16383 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @mathit{-3}.
16385 @kindex R
16386 @pindex calc-round
16387 @tindex round
16388 @tindex fround
16389 @ignore
16390 @mindex @null
16391 @end ignore
16392 @kindex H R
16393 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16394 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16395 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16396 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16397 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @mathit{-4}.
16399 @kindex I R
16400 @pindex calc-trunc
16401 @tindex trunc
16402 @tindex ftrunc
16403 @ignore
16404 @mindex @null
16405 @end ignore
16406 @kindex H I R
16407 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16408 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16409 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16410 @kbd{_3.6 I R} produces @mathit{-3}.
16412 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16413 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16414 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16415 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16416 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16417 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16419 @ignore
16420 @starindex
16421 @end ignore
16422 @tindex rounde
16423 @ignore
16424 @starindex
16425 @end ignore
16426 @tindex roundu
16427 @ignore
16428 @starindex
16429 @end ignore
16430 @tindex frounde
16431 @ignore
16432 @starindex
16433 @end ignore
16434 @tindex froundu
16435 There are two more rounding functions which can only be entered in
16436 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16437 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16438 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16439 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16440 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16441 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16442 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16443 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16444 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16445 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16446 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16447 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16448 argument will first have been rounded down to @expr{2.5} (which
16449 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16451 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16452 a second argument which specifies the number of digits after the
16453 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16454 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16455 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16456 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16457 no second argument at all.
16459 @cindex Fractional part of a number
16460 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16461 added to `@tfn{floor(}@var{n}@tfn{)}', will produce @var{n}) just take @var{n}
16462 modulo 1 using the @code{%} command.
16464 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16465 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16466 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16467 arguments and return the result rounded down to an integer.
16469 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16470 @section Complex Number Functions
16472 @noindent
16473 @kindex J
16474 @pindex calc-conj
16475 @tindex conj
16476 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16477 complex conjugate of a number.  For complex number @expr{a+bi}, the
16478 complex conjugate is @expr{a-bi}.  If the argument is a real number,
16479 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16480 this command replaces each element by its complex conjugate.
16482 @kindex G
16483 @pindex calc-argument
16484 @tindex arg
16485 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16486 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16487 notation, this is simply the second component of the pair
16488 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'.
16489 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'.
16490 The result is expressed according to the current angular mode and will
16491 be in the range @mathit{-180} degrees (exclusive) to @mathit{+180} degrees
16492 (inclusive), or the equivalent range in radians.
16494 @pindex calc-imaginary
16495 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16496 top of the stack by the imaginary number @expr{i = (0,1)}.  This
16497 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16498 on the @key{IMAG} button in Keypad mode.
16500 @kindex f r
16501 @pindex calc-re
16502 @tindex re
16503 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16504 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16505 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16506 the value part.)
16508 @kindex f i
16509 @pindex calc-im
16510 @tindex im
16511 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16512 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16513 or matrix argument, these functions operate element-wise.
16515 @ignore
16516 @mindex v p
16517 @end ignore
16518 @kindex v p (complex)
16519 @pindex calc-pack
16520 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16521 the stack into a composite object such as a complex number.  With
16522 a prefix argument of @mathit{-1}, it produces a rectangular complex number;
16523 with an argument of @mathit{-2}, it produces a polar complex number.
16524 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16526 @ignore
16527 @mindex v u
16528 @end ignore
16529 @kindex v u (complex)
16530 @pindex calc-unpack
16531 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16532 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16533 into its separate components.
16535 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16536 @section Conversions
16538 @noindent
16539 The commands described in this section convert numbers from one form
16540 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16542 @kindex c f
16543 @pindex calc-float
16544 @tindex pfloat
16545 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16546 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16547 @expr{23} is converted to @expr{23.0}, @expr{3:2} is converted to
16548 @expr{1.5}, and @expr{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16549 object such as a complex number or vector, each of the components is
16550 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16551 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16552 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16553 format may lose information.
16555 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16556 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16557 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16558 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16559 it does not notice that the thing being floated is a power.
16560 @xref{Selecting Subformulas}.
16562 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16563 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16564 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16565 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16567 @kindex H c f
16568 @tindex float
16569 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16570 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16571 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16572 is left unevaluated because its argument is not a number.
16574 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16575 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16576 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16577 that appear right now.
16579 @kindex c F
16580 @pindex calc-fraction
16581 @tindex pfrac
16582 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16583 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16584 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16585 input number, to within the current precision.  You can also give a
16586 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16587 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16588 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16589 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16590 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16591 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16592 fraction is correct to within that absolute amount.
16594 @kindex H c F
16595 @tindex frac
16596 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16597 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16598 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16600 @kindex c d
16601 @pindex calc-to-degrees
16602 @tindex deg
16603 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16604 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16605 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16606 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.
16608 @kindex c r
16609 @pindex calc-to-radians
16610 @tindex rad
16611 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16612 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16614 @kindex c h
16615 @pindex calc-to-hms
16616 @tindex hms
16617 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16618 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16619 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16620 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16621 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16623 @pindex calc-from-hms
16624 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16625 stack into a real number according to the current angular mode.
16627 @kindex c p
16628 @kindex I c p
16629 @pindex calc-polar
16630 @tindex polar
16631 @tindex rect
16632 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16633 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16634 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16635 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16636 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16637 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16638 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16639 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)
16641 @kindex c c
16642 @pindex calc-clean
16643 @tindex pclean
16644 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16645 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16646 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16647 components have strayed from the @mathit{-180} to @mathit{+180} degree range
16648 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16649 angular mode is different from the one under which the number was
16650 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16651 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16652 number (i.e., pervasively).
16654 If the simplification mode is set below the default level, it is raised
16655 to the default level for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c}
16656 applies the default simplifications even if their automatic application
16657 is disabled.  @xref{Simplification Modes}.
16659 @cindex Roundoff errors, correcting
16660 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16661 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16662 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16663 prefix decreases the precision by the specified amount.
16665 @kindex c 0-9
16666 @pindex calc-clean-num
16667 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16668 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16669 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16670 decimal place often conveniently does the trick.
16672 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16673 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16674 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16675 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16676 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16677 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16678 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16680 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16681 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16682 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16683 does not clip small numbers.)
16685 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16686 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16687 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16688 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16689 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16690 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16692 @kindex H c 0-9
16693 @kindex H c c
16694 @tindex clean
16695 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16696 operate non-pervasively [@code{clean}].
16698 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16699 @section Date Arithmetic
16701 @noindent
16702 @cindex Date arithmetic, additional functions
16703 The commands described in this section perform various conversions
16704 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16705 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16706 letters.
16708 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16709 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16710 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16711 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16712 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16713 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16715 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16716 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16717 additional argument from the top of the stack.
16719 @menu
16720 * Date Conversions::
16721 * Date Functions::
16722 * Time Zones::
16723 * Business Days::
16724 @end menu
16726 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16727 @subsection Date Conversions
16729 @noindent
16730 @kindex t D
16731 @pindex calc-date
16732 @tindex date
16733 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16734 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD.  The
16735 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16736 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16737 argument is a number, it converts this number into a date form.
16739 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16740 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16741 of the following ways:
16743 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16744 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16745 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16746 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16747 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16748 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16749 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16750 month will be used.
16752 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16753 pure date form using the current year, as determined by the
16754 real-time clock.
16756 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16757 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
16759 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
16760 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
16761 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
16762 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
16763 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
16764 The last two arguments default to zero if omitted.
16766 @kindex t J
16767 @pindex calc-julian
16768 @tindex julian
16769 @cindex Julian day counts, conversions
16770 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
16771 a date form into a Julian day count, which is the number of days
16772 since noon (GMT) on Jan 1, 4713 BC.  A pure date is converted to an
16773 integer Julian count representing noon of that day.  A date/time form 
16774 is converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
16775 interpret the date form in the current time zone but the Julian
16776 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
16777 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
16778 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
16779 are never time-zone adjusted.
16781 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
16782 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
16783 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
16784 current or specified time zone.
16786 @kindex t U
16787 @pindex calc-unix-time
16788 @tindex unixtime
16789 @cindex Unix time format, conversions
16790 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
16791 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
16792 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
16793 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
16794 precisions, the result may be a float with (@var{precision}@minus{}12)
16795 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
16796 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
16797 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
16798 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
16799 suppress the adjustment if so.
16801 @kindex t C
16802 @pindex calc-convert-time-zones
16803 @tindex tzconv
16804 @cindex Time Zones, converting between
16805 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
16806 command converts a date form from one time zone to another.  You
16807 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
16808 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
16809 If you answer either prompt with a blank line, the local time
16810 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
16811 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
16812 stack (and the date to be converted from the third stack level).
16814 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
16815 @subsection Date Functions
16817 @noindent
16818 @kindex t N
16819 @pindex calc-now
16820 @tindex now
16821 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
16822 current date and time on the stack as a date form.  The time is
16823 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
16824 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
16826 @kindex t P
16827 @pindex calc-date-part
16828 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
16829 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
16830 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
16831 The various part codes are described in the following paragraphs.
16833 @tindex year
16834 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
16835 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
16836 following functions will also accept a real number for an
16837 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
16838 Note that this function will never return zero, since the year
16839 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
16841 @tindex month
16842 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
16843 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
16845 @tindex day
16846 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
16847 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
16849 @tindex hour
16850 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
16851 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
16852 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
16853 date form.  This function (and the following two) also accept
16854 HMS forms as input.
16856 @tindex minute
16857 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
16858 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
16860 @tindex second
16861 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
16862 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
16863 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
16864 precisions, the result may instead be a floating-point number.
16866 @tindex weekday
16867 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
16868 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
16869 to 6 (Saturday).
16871 @tindex yearday
16872 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
16873 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
16874 to 366 (December 31 of a leap year).
16876 @tindex time
16877 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
16878 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
16879 for a pure date form.
16881 @kindex t M
16882 @pindex calc-new-month
16883 @tindex newmonth
16884 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
16885 computes a new date form that represents the first day of the month
16886 specified by the input date.  The result is always a pure date
16887 form; only the year and month numbers of the input are retained.
16888 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
16889 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
16890 is greater than the actual number of days in the month, or if
16891 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
16893 @kindex t Y
16894 @pindex calc-new-year
16895 @tindex newyear
16896 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
16897 computes a new pure date form that represents the first day of
16898 the year specified by the input.  The month, day, and time
16899 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
16900 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
16901 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
16902 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
16903 year (December 31).  A negative prefix argument from @mathit{-1} to
16904 @mathit{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
16906 @kindex t W
16907 @pindex calc-new-week
16908 @tindex newweek
16909 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
16910 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
16911 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
16912 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
16913 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
16914 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
16916 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
16917 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
16918 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
16919 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
16920 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
16921 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
16922 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
16923 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
16924 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
16925 the time to midnight; hint:@: how can @code{newweek} be defined in terms
16926 of the @code{weekday} function?).
16928 @ignore
16929 @starindex
16930 @end ignore
16931 @tindex pwday
16932 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
16933 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
16934 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
16935 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
16936 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
16937 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
16938 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
16939 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
16940 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
16941 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
16942 for any day of the week instead of Sunday.
16944 @kindex t I
16945 @pindex calc-inc-month
16946 @tindex incmonth
16947 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
16948 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
16949 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
16950 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
16951 same, except that if the new month has fewer days the day
16952 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
16953 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
16954 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
16955 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
16956 in this case).
16958 @ignore
16959 @starindex
16960 @end ignore
16961 @tindex incyear
16962 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
16963 a date form by the specified number of years, which may be
16964 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
16965 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
16966 simple equivalents in terms of day arithmetic because
16967 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
16968 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
16969 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
16971 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
16972 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
16973 @code{incweek} simply use @expr{d + n} or @expr{d + 7 n}.
16975 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
16976 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
16978 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
16979 @subsection Business Days
16981 @noindent
16982 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
16983 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
16984 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
16985 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
16986 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
16987 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
16989 @kindex t +
16990 @kindex t -
16991 @tindex badd
16992 @tindex bsub
16993 @pindex calc-business-days-plus
16994 @pindex calc-business-days-minus
16995 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
16996 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
16997 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
16998 one argument must be a date form and the other must be a real
16999 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
17000 then a certain amount of time is added as well as a number of
17001 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
17002 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
17003 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
17004 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
17005 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
17006 case the result is the number of business days between the two
17007 dates.
17009 @cindex @code{Holidays} variable
17010 @vindex Holidays
17011 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
17012 Sunday to be a business day.  You can define any number of
17013 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
17014 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
17015 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
17016 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
17017 be any of the following kinds of objects:
17019 @itemize @bullet
17020 @item
17021 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
17022 particular days which are to be treated as holidays.
17024 @item
17025 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
17026 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
17028 @item
17029 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
17030 considered to be a holiday.
17032 @item
17033 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
17034 If the formula involves the variable @expr{y}, it stands for a
17035 yearly repeating holiday; @expr{y} will take on various year
17036 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
17037 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
17038 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
17039 If the formula involves the variable @expr{m}, that variable
17040 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
17041 a holiday that takes place on the 15th of every month.
17043 @item
17044 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
17045 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
17047 @item
17048 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
17049 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
17050 business-day arithmetic that goes outside this range will result
17051 in an error message.  Use this if you are including an explicit
17052 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
17053 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
17054 where the holidays you entered are complete.  If there is no
17055 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
17056 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
17057 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
17059 @item
17060 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
17061 are to be considered one business day.  For example, if this
17062 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
17063 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
17064 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
17065 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
17066 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
17067 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
17068 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
17069 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
17070 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
17071 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
17072 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
17073 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
17074 @end itemize
17076 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
17077 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
17078 then be no difference between business days and calendar days.
17080 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
17081 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
17082 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
17083 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
17084 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
17085 the number of holidays between two dates.)
17087 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
17088 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
17089 list between the smallest and largest years that have been involved
17090 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
17091 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
17092 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
17093 only a small range of years, Calc will still work out all the
17094 holidays that fall in that 200-year span.
17096 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
17097 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
17098 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
17099 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
17100 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
17101 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
17102 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
17103 difference between two dates one or both of which fall on holidays
17104 equals the number of actual business days between them.  These
17105 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
17106 business days to any date, the difference between the result and the
17107 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
17108 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
17109 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
17110 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
17112 @ignore
17113 @starindex
17114 @end ignore
17115 @tindex holiday
17116 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
17117 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
17118 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
17119 business day.
17121 @node Time Zones,  , Business Days, Date Arithmetic
17122 @subsection Time Zones
17124 @noindent
17125 @cindex Time zones
17126 @cindex Daylight saving time
17127 Time zones and daylight saving time are a complicated business.
17128 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
17129 compute the correct time zone and daylight saving adjustment to use,
17130 provided they can figure out this information.  This section describes
17131 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
17132 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
17133 can't determine the right correction to use.
17135 Adjustments for time zones and daylight saving time are done by
17136 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
17137 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
17138 to exactly 30 days even though there is a daylight-saving
17139 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
17140 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
17141 and Unix date/times will adjust for daylight saving time:  using Calc's
17142 default daylight saving time rule (see the explanation below),
17143 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
17144 evaluates to @samp{29.95833} (that's 29 days and 23 hours)
17145 because one hour was lost when daylight saving commenced on
17146 April 7, 1991.
17148 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
17149 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
17150 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
17151 days between two dates without taking daylight saving into account.
17153 @pindex calc-time-zone
17154 @ignore
17155 @starindex
17156 @end ignore
17157 @tindex tzone
17158 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
17159 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
17160 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
17161 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
17162 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
17163 Daylight Saving time is in effect, one hour should be subtracted from
17164 the normal difference.
17166 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
17167 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
17168 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
17169 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
17170 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
17171 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
17172 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
17173 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
17174 (for Pacific standard and daylight saving times, respectively).
17176 North American and European time zone names are defined as follows;
17177 note that for each time zone there is one name for standard time,
17178 another for daylight saving time, and a third for ``generalized'' time
17179 in which the daylight saving adjustment is computed from context.
17181 @smallexample
17182 @group
17183 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17184  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17186 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17187  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17189 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17190 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17191 @end group
17192 @end smallexample
17194 @vindex math-tzone-names
17195 To define time zone names that do not appear in the above table,
17196 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17197 is a list of lists describing the different time zone names; its
17198 structure is best explained by an example.  The three entries for
17199 Pacific Time look like this:
17201 @smallexample
17202 @group
17203 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17204   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight saving adjustment.
17205   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17206 @end group
17207 @end smallexample
17209 @cindex @code{TimeZone} variable
17210 @vindex TimeZone
17211 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} will by
17212 default get the time zone and daylight saving information from the
17213 calendar (@pxref{Daylight Saving,Calendar/Diary,The Calendar and the Diary,
17214 emacs,The GNU Emacs Manual}).  To use a different time zone, or if the
17215 calendar does not give the desired result, you can set the Calc variable 
17216 @code{TimeZone} (which is by default @code{nil}) to an appropriate
17217 time zone name.  (The easiest way to do this is to edit the
17218 @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T} command, then use the
17219 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save the value of
17220 @code{TimeZone} permanently.)  
17221 If the time zone given by @code{TimeZone} is a generalized time zone,
17222 e.g., @code{EGT}, Calc examines the date being converted to tell whether
17223 to use standard or daylight saving time.  But if the current time zone
17224 is explicit, e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is
17225 used exactly and Calc's daylight saving algorithm is not consulted.
17226 The special time zone name @code{local}
17227 is equivalent to no argument; i.e., it uses the information obtained
17228 from the calendar.
17230 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17231 arguments do the same thing as @samp{tzone()}; namely, use the
17232 information from the calendar if @code{TimeZone} is @code{nil}, 
17233 otherwise use the time zone given by @code{TimeZone}.
17235 @vindex math-daylight-savings-hook
17236 @findex math-std-daylight-savings
17237 When Calc computes the daylight saving information itself (i.e., when 
17238 the @code{TimeZone} variable is set), it will by default consider
17239 daylight saving time to begin at 2 a.m.@: on the second Sunday of March
17240 (for years from 2007 on) or on the last Sunday in April (for years
17241 before 2007), and to end at 2 a.m.@: on the first Sunday of
17242 November. (for years from 2007 on) or the last Sunday in October (for
17243 years before 2007).  These are the rules that have been in effect in
17244 much of North America since 1966 and take into account the rule change
17245 that began in 2007.  If you are in a country that uses different rules
17246 for computing daylight saving time, you have two choices: Write your own
17247 daylight saving hook, or control time zones explicitly by setting the
17248 @code{TimeZone} variable and/or always giving a time-zone argument for
17249 the conversion functions.
17251 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17252 name of a function that is used to compute the daylight saving
17253 adjustment for a given date.  The default is
17254 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17255 (either 0 or @mathit{-1}) using the North American rules given above.
17257 The daylight saving hook function is called with four arguments:
17258 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17259 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17260 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17261 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17262 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17263 converting into a generalized time zone (see below).
17265 @findex math-prev-weekday-in-month
17266 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17267 daylight saving computations.  This is an internal version of
17268 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17269 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17270 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17271 and the weekday number (0-6).
17273 The default daylight saving hook ignores the time zone name, but a
17274 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17275 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17276 depending on the year number, but the default hook always uses the
17277 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17278 daylight saving hook:
17280 @smallexample
17281 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17282   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17283         ((= (nth 1 dt) 4)
17284          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17285            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17286                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17287                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17288                  (t -1))))
17289         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17290         ((= (nth 1 dt) 10)
17291          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17292            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17293                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17294                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17295                  (t 0))))
17296         (t 0))
17298 @end smallexample
17300 @noindent
17301 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17302 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17303 It is @mathit{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17304 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17305 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17307 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17308 beginning of daylight saving time; converting a date/time form that
17309 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17310 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight saving time, the
17311 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17312 form that falls in this hour results in a time value for the first
17313 manifestation of that time (@emph{not} the one that occurs one hour 
17314 later).
17316 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17317 daylight saving adjustment is always taken to be zero.
17319 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17320 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17321 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17322 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17323 daylight saving computation is applied to it as it appears.
17324 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17325 daylight-saving version of @var{zone} before being given to
17326 the daylight saving hook.  This odd-sounding rule ensures
17327 that the daylight-saving computation is always done in
17328 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17329 is typically represented in.
17331 @ignore
17332 @starindex
17333 @end ignore
17334 @tindex dsadj
17335 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17336 daylight saving adjustment that is appropriate for @var{date} in
17337 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17338 daylight saving time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17339 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17340 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17341 the computation is done for the current time zone.
17343 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17344 @section Financial Functions
17346 @noindent
17347 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17348 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17349 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17351 Note that the rate and the number of intervals given to these
17352 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17353 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17354 in months will give you very wrong answers!
17356 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17357 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17358 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17359 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17361 @menu
17362 * Percentages::
17363 * Future Value::
17364 * Present Value::
17365 * Related Financial Functions::
17366 * Depreciation Functions::
17367 * Definitions of Financial Functions::
17368 @end menu
17370 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17371 @subsection Percentages
17373 @kindex M-%
17374 @pindex calc-percent
17375 @tindex %
17376 @tindex percent
17377 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17378 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17379 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17380 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17382 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17383 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17384 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17385 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17386 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17387 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17388 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17389 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17391 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17392 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17393 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17394 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17395 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17396 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17398 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17399 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17400 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17401 represents a rate of 540 percent!
17403 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17404 For example, @kbd{68 @key{RET} 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17405 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17407 @kindex c %
17408 @pindex calc-convert-percent
17409 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17410 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17411 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17412 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17413 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17414 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17415 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17417 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17418 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 @key{RET} 68 / c %}} displays
17419 @samp{25%}.
17421 @kindex b %
17422 @pindex calc-percent-change
17423 @tindex relch
17424 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17425 calculates the percentage change from one number to another.
17426 For example, @kbd{40 @key{RET} 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17427 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17428 decrease:  @kbd{50 @key{RET} 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17429 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17430 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17431 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17432 of @kbd{40 @key{RET} 50 b %} is to compute @expr{(50-40)/40}, converting
17433 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17435 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17436 @subsection Future Value
17438 @noindent
17439 @kindex b F
17440 @pindex calc-fin-fv
17441 @tindex fv
17442 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17443 the future value of an investment.  It takes three arguments
17444 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17445 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17446 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17447 year, then this function tells you what your investment would be
17448 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17449 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17450 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17451 occur at the @emph{end} of each interval.
17453 @kindex I b F
17454 @tindex fvb
17455 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17456 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17457 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17458 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17459 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17460 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17461 Using the stack, this calculation would have been
17462 @kbd{5.4 M-% 5 @key{RET} 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17463 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17465 @kindex H b F
17466 @tindex fvl
17467 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17468 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17469 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17470 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17472 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17473 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17474 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17475 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17476 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.
17478 To illustrate the relationships between these functions, we could
17479 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17480 final balance will be the sum of the contributions of our five
17481 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17482 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17483 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17484 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17485 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17486 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17487 by @code{fvb} directly.
17489 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17490 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17491 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17492 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17493 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17494 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @expr{5569.96 =
17495 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17497 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17498 @subsection Present Value
17500 @noindent
17501 @kindex b P
17502 @pindex calc-fin-pv
17503 @tindex pv
17504 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17505 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17506 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17507 It computes the present value of a series of regular payments.
17508 Suppose you have the chance to make an investment that will
17509 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17510 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17511 You want to know whether it is better to make the investment, or
17512 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17513 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17514 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17515 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17516 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17518 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17519 trying to compare the return from the investment you are
17520 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17521 the return from leaving the money in the bank, which is
17522 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17523 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17524 finds the break-even point, @expr{x = 6479.44}, at which
17525 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17526 the largest amount you should be willing to invest.
17528 @kindex I b P
17529 @tindex pvb
17530 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17531 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17532 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17533 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17534 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17535 earning interest on the return from our investment sooner.
17537 @kindex H b P
17538 @tindex pvl
17539 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17540 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17541 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17542 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17543 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17544 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17545 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17547 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17548 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17549 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17551 @kindex b N
17552 @pindex calc-fin-npv
17553 @tindex npv
17554 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17555 the net present value of a series of irregular investments.
17556 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17557 a vector which represents the expected return from the investment
17558 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17559 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17560 from the first year, second year, and so on.
17562 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17563 Obviously this function is more interesting when the payments are
17564 not all the same!
17566 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17567 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17568 vector statistical functions like @code{vsum}.
17569 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17570 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17571 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17572 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17573 payment values or vectors to take from the stack.
17575 @kindex I b N
17576 @tindex npvb
17577 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17578 value where payments occur at the beginning of each interval
17579 rather than at the end.
17581 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17582 @subsection Related Financial Functions
17584 @noindent
17585 The functions in this section are basically inverses of the
17586 present value functions with respect to the various arguments.
17588 @kindex b M
17589 @pindex calc-fin-pmt
17590 @tindex pmt
17591 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17592 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17593 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17594 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17595 @var{payment}) = @var{amount}}.
17597 @kindex I b M
17598 @tindex pmtb
17599 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17600 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17601 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17602 represents an initial lump-sum investment.
17604 @kindex H b M
17605 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17606 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17608 @kindex b #
17609 @pindex calc-fin-nper
17610 @tindex nper
17611 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17612 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17613 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17614 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17615 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17616 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17617 the @code{nper} function is left in symbolic form.
17619 @kindex I b #
17620 @tindex nperb
17621 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17622 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17623 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17624 rather slow in the four-argument case.
17626 @kindex H b #
17627 @tindex nperl
17628 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17629 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17630 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17631 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17632 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.
17634 @kindex b T
17635 @pindex calc-fin-rate
17636 @tindex rate
17637 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17638 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17639 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17640 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17641 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.
17643 @kindex I b T
17644 @kindex H b T
17645 @tindex rateb
17646 @tindex ratel
17647 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17648 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17649 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17650 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17651 To redo the above example from a different perspective,
17652 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17653 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.
17655 @kindex b I
17656 @pindex calc-fin-irr
17657 @tindex irr
17658 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17659 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17660 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17661 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17662 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17664 @kindex I b I
17665 @tindex irrb
17666 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17667 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17669 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17670 @subsection Depreciation Functions
17672 @noindent
17673 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17674 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17675 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17676 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17677 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17678 (or other periods) of the expected useful life.
17680 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17681 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17683 @kindex b S
17684 @pindex calc-fin-sln
17685 @tindex sln
17686 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17687 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17688 by the same amount every year (or period).  For example,
17689 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17690 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17691 per year.
17693 @kindex b Y
17694 @pindex calc-fin-syd
17695 @tindex syd
17696 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17697 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17698 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17699 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17700 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17701 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17702 return zero.
17704 @kindex b D
17705 @pindex calc-fin-ddb
17706 @tindex ddb
17707 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17708 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17709 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17711 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17712 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17713 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17715 For example, pushing the vector @expr{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17716 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17717 ddb(12000,2000,5,$)] @key{RET}} produces a matrix that allows us to compare
17718 the three depreciation methods:
17720 @example
17721 @group
17722 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17723   [ 2000, 2667, 2880 ]
17724   [ 2000, 2000, 1728 ]
17725   [ 2000, 1333,  592 ]
17726   [ 2000,  667,   0  ] ]
17727 @end group
17728 @end example
17730 @noindent
17731 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
17732 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
17733 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
17734 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
17736 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @expr{[10000, 10000, 10000]};
17737 the total depreciation in any method is (by definition) the
17738 difference between the cost and the salvage value.
17740 @node Definitions of Financial Functions,  , Depreciation Functions, Financial Functions
17741 @subsection Definitions
17743 @noindent
17744 For your reference, here are the actual formulas used to compute
17745 Calc's financial functions.
17747 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
17748 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
17749 be a variable.  Calc expands these functions according to the
17750 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
17751 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
17752 integrals or solving equations involving the functions.
17754 @ifnottex
17755 These formulas are shown using the conventions of Big display
17756 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
17757 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
17759 @example
17760                                         n
17761                               (1 + rate)  - 1
17762 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
17763                                    rate
17765                                          n
17766                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
17767 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
17768                                          rate
17770                                         n
17771 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17773                                             -n
17774                               1 - (1 + rate)
17775 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
17776                                     rate
17778                                              -n
17779                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17780 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
17781                                          rate
17783                                         -n
17784 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17786                                     -1               -2               -3
17787 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17789                                         -1               -2
17790 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17792                                              -n
17793                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17794 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
17795                                              -n
17796                                1 - (1 + rate)
17798                                              -n
17799                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17800 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
17801                                         -n
17802                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17804                                    amt * rate
17805 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
17806                                       pmt
17808                                     amt * rate
17809 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
17810                                   pmt * (1 + rate)
17812                               amt
17813 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
17814                               pmt
17816                            1/n
17817                         pmt
17818 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
17819                            1/n
17820                         amt
17822                         cost - salv
17823 sln(cost, salv, life) = -----------
17824                            life
17826                              (cost - salv) * (life - per + 1)
17827 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
17828                                   life * (life + 1) / 2
17830                              book * 2
17831 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
17832                                life
17833 @end example
17834 @end ifnottex
17835 @tex
17836 \turnoffactive
17837 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
17838 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
17839 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
17840 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
17841 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
17842 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
17843 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
17844 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
17845 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
17846 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
17847                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
17848 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
17849 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
17850 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
17851 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
17852 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
17853 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
17854 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
17855 @end tex
17857 @noindent
17858 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @expr{x=0} if omitted.
17860 These functions accept any numeric objects, including error forms,
17861 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
17862 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
17863 all sorts of inputs.
17865 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
17866 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
17867 returning a (financially meaningless) complex number.
17869 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
17870 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
17871 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
17872 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
17873 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
17874 directly; its formula is shown in the above list.
17876 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
17877 for @samp{rate}.
17879 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
17880 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
17881 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
17883 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
17884 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
17885 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
17887 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
17888 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
17889 formula for the specified number of periods.  If the book value
17890 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
17891 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
17892 function returns the amount the book value decreased in the specified
17893 period.
17895 @node Binary Functions,  , Financial Functions, Arithmetic
17896 @section Binary Number Functions
17898 @noindent
17899 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
17900 the @kbd{b} prefix.
17902 @cindex Binary numbers
17903 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
17904 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
17905 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
17906 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
17907 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
17909 @cindex Word size for binary operations
17910 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @expr{w}, an
17911 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
17912 of the binary operations described here operate modulo @expr{2^w}.  In
17913 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
17914 @expr{2^w} by all binary functions.
17916 If the word size is negative, binary operations produce 2's complement
17917 integers from 
17918 @texline @math{-2^{-w-1}}
17919 @infoline @expr{-(2^(-w-1))} 
17920 to 
17921 @texline @math{2^{-w-1}-1}
17922 @infoline @expr{2^(-w-1)-1} 
17923 inclusive.  Either mode accepts inputs in any range; the sign of
17924 @expr{w} affects only the results produced.
17926 @kindex b c
17927 @pindex calc-clip
17928 @tindex clip
17929 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
17930 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
17931 @expr{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
17932 their results to the current word size.  Note that other operations like
17933 addition do not use the current word size, since integer addition
17934 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
17935 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
17936 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
17937 size of @mathit{-8} @kbd{b c} converts to the range @mathit{-128} to 127.
17939 @kindex b w
17940 @pindex calc-word-size
17941 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
17942 rotates allow you to specify a different word size for that one
17943 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
17944 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
17945 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
17946 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
17947 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
17949 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
17950 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
17951 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
17952 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
17953 @mathit{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
17954 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
17955 integer-valued floats.
17957 If either or both arguments are modulo forms for which @expr{M} is a
17958 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
17959 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
17960 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
17962 @kindex b a
17963 @pindex calc-and
17964 @tindex and
17965 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
17966 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
17967 of the @expr{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
17968 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
17969 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
17971 @kindex b o
17972 @pindex calc-or
17973 @tindex or
17974 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
17975 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
17976 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
17978 @kindex b x
17979 @pindex calc-xor
17980 @tindex xor
17981 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
17982 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
17983 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
17985 @kindex b d
17986 @pindex calc-diff
17987 @tindex diff
17988 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
17989 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
17990 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
17992 @kindex b n
17993 @pindex calc-not
17994 @tindex not
17995 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
17996 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
17998 @kindex b l
17999 @pindex calc-lshift-binary
18000 @tindex lsh
18001 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
18002 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18003 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
18004 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
18005 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
18006 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
18008 @kindex H b l
18009 @kindex H b r
18010 @ignore
18011 @mindex @idots
18012 @end ignore
18013 @kindex H b L
18014 @ignore
18015 @mindex @null
18016 @end ignore
18017 @kindex H b R
18018 @ignore
18019 @mindex @null
18020 @end ignore
18021 @kindex H b t
18022 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
18023 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
18024 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
18025 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
18026 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
18028 @kindex b r
18029 @pindex calc-rshift-binary
18030 @tindex rsh
18031 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
18032 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18033 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
18035 @kindex b L
18036 @pindex calc-lshift-arith
18037 @tindex ash
18038 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
18039 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
18040 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
18041 is performed as described below.
18043 @kindex b R
18044 @pindex calc-rshift-arith
18045 @tindex rash
18046 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
18047 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
18048 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
18049 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
18050 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
18051 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
18052 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
18053 performs a standard left shift.
18055 @kindex b t
18056 @pindex calc-rotate-binary
18057 @tindex rot
18058 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
18059 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
18060 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
18061 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
18062 or right.
18064 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
18065 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
18066 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
18067 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
18068 bits in a binary integer.
18070 Another interesting use of the set representation of binary integers
18071 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
18072 unpack; type @kbd{31 @key{TAB} -} to replace each bit-number in the set
18073 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
18074 into a binary integer.
18076 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
18077 @chapter Scientific Functions
18079 @noindent
18080 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
18081 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
18082 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
18083 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
18085 @kindex P
18086 @pindex calc-pi
18087 @cindex @code{pi} variable
18088 @vindex pi
18089 @kindex H P
18090 @cindex @code{e} variable
18091 @vindex e
18092 @kindex I P
18093 @cindex @code{gamma} variable
18094 @vindex gamma
18095 @cindex Gamma constant, Euler's
18096 @cindex Euler's gamma constant
18097 @kindex H I P
18098 @cindex @code{phi} variable
18099 @cindex Phi, golden ratio
18100 @cindex Golden ratio
18101 One miscellaneous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
18102 the value of @cpi{} (at the current precision) onto the stack.  With the
18103 Hyperbolic flag, it pushes the value @expr{e}, the base of natural logarithms.
18104 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant 
18105 @texline @math{\gamma}
18106 @infoline @expr{gamma} 
18107 (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
18108 pushes the ``golden ratio'' 
18109 @texline @math{\phi}
18110 @infoline @expr{phi} 
18111 (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
18112 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
18113 In Symbolic mode, these commands push the
18114 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
18115 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.
18117 @ignore
18118 @mindex Q
18119 @end ignore
18120 @ignore
18121 @mindex I Q
18122 @end ignore
18123 @kindex I Q
18124 @tindex sqr
18125 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
18126 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
18127 computes the square of the argument.
18129 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
18130 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
18131 interpret a prefix argument.
18133 @menu
18134 * Logarithmic Functions::
18135 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
18136 * Advanced Math Functions::
18137 * Branch Cuts::
18138 * Random Numbers::
18139 * Combinatorial Functions::
18140 * Probability Distribution Functions::
18141 @end menu
18143 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
18144 @section Logarithmic Functions
18146 @noindent
18147 @kindex L
18148 @pindex calc-ln
18149 @tindex ln
18150 @ignore
18151 @mindex @null
18152 @end ignore
18153 @kindex I E
18154 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
18155 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
18156 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
18157 this is redundant with the @kbd{E} command.
18159 @kindex E
18160 @pindex calc-exp
18161 @tindex exp
18162 @ignore
18163 @mindex @null
18164 @end ignore
18165 @kindex I L
18166 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
18167 exponential, i.e., @expr{e} raised to the power of the number on the stack.
18168 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
18169 the @code{calc-ln} command.
18171 @kindex H L
18172 @kindex H E
18173 @pindex calc-log10
18174 @tindex log10
18175 @tindex exp10
18176 @ignore
18177 @mindex @null
18178 @end ignore
18179 @kindex H I L
18180 @ignore
18181 @mindex @null
18182 @end ignore
18183 @kindex H I E
18184 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18185 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18186 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18187 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18188 by 
18189 @texline @math{\ln10}.
18190 @infoline @expr{ln(10)}.
18192 @kindex B
18193 @kindex I B
18194 @pindex calc-log
18195 @tindex log
18196 @tindex alog
18197 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18198 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18199 @texline @math{2^{10} = 1024}.
18200 @infoline @expr{2^10 = 1024}.  
18201 In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18202 will be either @expr{1:2} or @expr{0.5} depending on the current Fraction
18203 mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18204 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18206 @kindex f I
18207 @pindex calc-ilog
18208 @tindex ilog
18209 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18210 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18211 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18212 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @expr{x} in the
18213 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18214 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18215 @samp{floor(log(x,b))}.
18217 @kindex f E
18218 @pindex calc-expm1
18219 @tindex expm1
18220 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18221 @texline @math{e^x - 1},
18222 @infoline @expr{exp(x)-1}, 
18223 but using an algorithm that produces a more accurate
18224 answer when the result is close to zero, i.e., when 
18225 @texline @math{e^x}
18226 @infoline @expr{exp(x)} 
18227 is close to one.
18229 @kindex f L
18230 @pindex calc-lnp1
18231 @tindex lnp1
18232 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18233 @texline @math{\ln(x+1)},
18234 @infoline @expr{ln(x+1)}, 
18235 producing a more accurate answer when @expr{x} is close to zero.
18237 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18238 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18240 @noindent
18241 @kindex S
18242 @pindex calc-sin
18243 @tindex sin
18244 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18245 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18246 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18247 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18248 on complex numbers.
18250 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18251 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18252 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18253 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18254 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18256 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18257 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18258 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command recognizes many such
18259 formulas when the current angular mode is Radians @emph{and} Symbolic
18260 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18261 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18262 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18263 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18264 the form @expr{x} plus a multiple of @cpiover{2} are also simplified.
18265 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.
18267 The @kbd{a s} command knows all angles which are integer multiples of
18268 @cpiover{12}, @cpiover{10}, or @cpiover{8} radians.  In Degrees mode,
18269 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18270 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18272 @kindex I S
18273 @pindex calc-arcsin
18274 @tindex arcsin
18275 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18276 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18277 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18278 notation depending on the current angular mode.
18280 @kindex H S
18281 @pindex calc-sinh
18282 @tindex sinh
18283 @kindex H I S
18284 @pindex calc-arcsinh
18285 @tindex arcsinh
18286 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18287 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18288 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18289 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18291 @kindex C
18292 @pindex calc-cos
18293 @tindex cos
18294 @ignore
18295 @mindex @idots
18296 @end ignore
18297 @kindex I C
18298 @pindex calc-arccos
18299 @ignore
18300 @mindex @null
18301 @end ignore
18302 @tindex arccos
18303 @ignore
18304 @mindex @null
18305 @end ignore
18306 @kindex H C
18307 @pindex calc-cosh
18308 @ignore
18309 @mindex @null
18310 @end ignore
18311 @tindex cosh
18312 @ignore
18313 @mindex @null
18314 @end ignore
18315 @kindex H I C
18316 @pindex calc-arccosh
18317 @ignore
18318 @mindex @null
18319 @end ignore
18320 @tindex arccosh
18321 @ignore
18322 @mindex @null
18323 @end ignore
18324 @kindex T
18325 @pindex calc-tan
18326 @ignore
18327 @mindex @null
18328 @end ignore
18329 @tindex tan
18330 @ignore
18331 @mindex @null
18332 @end ignore
18333 @kindex I T
18334 @pindex calc-arctan
18335 @ignore
18336 @mindex @null
18337 @end ignore
18338 @tindex arctan
18339 @ignore
18340 @mindex @null
18341 @end ignore
18342 @kindex H T
18343 @pindex calc-tanh
18344 @ignore
18345 @mindex @null
18346 @end ignore
18347 @tindex tanh
18348 @ignore
18349 @mindex @null
18350 @end ignore
18351 @kindex H I T
18352 @pindex calc-arctanh
18353 @ignore
18354 @mindex @null
18355 @end ignore
18356 @tindex arctanh
18357 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18358 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18359 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18360 variants of these functions.
18362 @kindex f T
18363 @pindex calc-arctan2
18364 @tindex arctan2
18365 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18366 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18367 result is in the full range from @mathit{-180} (exclusive) to @mathit{+180}
18368 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18369 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18370 value would only be in the range from @mathit{-90} to @mathit{+90} degrees
18371 since the division loses information about the signs of the two
18372 components, and an error might result from an explicit division by zero
18373 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18374 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18376 @pindex calc-sincos
18377 @ignore
18378 @starindex
18379 @end ignore
18380 @tindex sincos
18381 @ignore
18382 @starindex
18383 @end ignore
18384 @ignore
18385 @mindex arc@idots
18386 @end ignore
18387 @tindex arcsincos
18388 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18389 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18390 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18391 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18392 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18393 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)
18395 @pindex calc-sec
18396 @tindex sec
18397 @pindex calc-csc
18398 @tindex csc
18399 @pindex calc-cot
18400 @tindex cot
18401 @pindex calc-sech
18402 @tindex sech
18403 @pindex calc-csch
18404 @tindex csch
18405 @pindex calc-coth
18406 @tindex coth
18407 The remaining trigonometric functions, @code{calc-sec} [@code{sec}],
18408 @code{calc-csc} [@code{csc}] and @code{calc-cot} [@code{cot}], are also
18409 available.  With the Hyperbolic flag, these compute their hyperbolic
18410 counterparts, which are also available separately as @code{calc-sech}
18411 [@code{sech}], @code{calc-csch} [@code{csch}] and @code{calc-coth}
18412 [@code{coth}].  (These commands do not accept the Inverse flag.)
18414 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18415 @section Advanced Mathematical Functions
18417 @noindent
18418 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18419 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18420 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18421 will work to arbitrarily large precisions.  They can not at present
18422 handle error forms or intervals as arguments.
18424 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18425 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18426 current precision comfortably higher than you actually need when
18427 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18428 slow for some values of the arguments.
18430 @kindex f g
18431 @pindex calc-gamma
18432 @tindex gamma
18433 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18434 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18435 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18436 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18437 integral:  
18438 @texline @math{\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt}.
18439 @infoline @expr{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.  
18440 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18442 @kindex f G
18443 @tindex gammaP
18444 @ignore
18445 @mindex @idots
18446 @end ignore
18447 @kindex I f G
18448 @ignore
18449 @mindex @null
18450 @end ignore
18451 @kindex H f G
18452 @ignore
18453 @mindex @null
18454 @end ignore
18455 @kindex H I f G
18456 @pindex calc-inc-gamma
18457 @ignore
18458 @mindex @null
18459 @end ignore
18460 @tindex gammaQ
18461 @ignore
18462 @mindex @null
18463 @end ignore
18464 @tindex gammag
18465 @ignore
18466 @mindex @null
18467 @end ignore
18468 @tindex gammaG
18469 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18470 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18471 the integral, 
18472 @texline @math{P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)}.
18473 @infoline @expr{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18474 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @expr{a} (see the
18475 definition of the normal gamma function).
18477 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18478 The complement of @expr{P(a,x)}, called @expr{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18479 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18480 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18481 @expr{x} to infinity.
18483 @ifnottex
18484 The functions corresponding to the integrals that define @expr{P(a,x)}
18485 and @expr{Q(a,x)} but without the normalizing @expr{1/gamma(a)}
18486 factor are called @expr{g(a,x)} and @expr{G(a,x)}, respectively
18487 (where @expr{g} and @expr{G} represent the lower- and upper-case Greek
18488 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18489 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18490 @end ifnottex
18491 @tex
18492 \turnoffactive
18493 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18494 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18495 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18496 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18497 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18498 @end tex
18500 @kindex f b
18501 @pindex calc-beta
18502 @tindex beta
18503 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18504 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18505 @texline @math{B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)},
18506 @infoline @expr{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)}, 
18507 or by
18508 @texline @math{B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt}.
18509 @infoline @expr{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18511 @kindex f B
18512 @kindex H f B
18513 @pindex calc-inc-beta
18514 @tindex betaI
18515 @tindex betaB
18516 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18517 the incomplete beta function @expr{I(x,a,b)}.  It is defined by
18518 @texline @math{I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)}.
18519 @infoline @expr{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18520 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18521 un-normalized version [@code{betaB}].
18523 @kindex f e
18524 @kindex I f e
18525 @pindex calc-erf
18526 @tindex erf
18527 @tindex erfc
18528 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18529 error function 
18530 @texline @math{\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt}.
18531 @infoline @expr{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18532 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18533 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18534 @texline @math{\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1}.
18535 @infoline @expr{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18537 @kindex f j
18538 @kindex f y
18539 @pindex calc-bessel-J
18540 @pindex calc-bessel-Y
18541 @tindex besJ
18542 @tindex besY
18543 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18544 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18545 functions of the first and second kinds, respectively.
18546 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18547 @expr{n} is often an integer, but is not required to be one.
18548 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18549 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18550 Use with care!
18552 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18553 @section Branch Cuts and Principal Values
18555 @noindent
18556 @cindex Branch cuts
18557 @cindex Principal values
18558 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18559 defined for complex numbers as well as for reals.
18560 This section describes the values
18561 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18562 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18563 second edition, in these matters.  This section will describe each
18564 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18565 diagrams), consult Steele's book.
18567 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18568 changed between the first and second editions of Steele.  Versions of
18569 Calc starting with 2.00 follow the second edition.
18571 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18572 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18573 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18574 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18575 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18576 or II and IV for @code{arctanh}.
18578 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18579 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18580 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18581 and wait a while to get suitable answers from them.
18583 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @expr{a<0} and @expr{b} is small but positive
18584 or zero, the result is close to the @expr{+i} axis.  For @expr{b} small and
18585 negative, the result is close to the @expr{-i} axis.  The result always lies
18586 in the right half of the complex plane.
18588 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18589 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18590 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18591 negative real axis.
18593 The following table describes these branch cuts in another way.
18594 If the real and imaginary parts of @expr{z} are as shown, then
18595 the real and imaginary parts of @expr{f(z)} will be as shown.
18596 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18597 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18599 @smallexample
18600      z           sqrt(z)       ln(z)
18601 ----------------------------------------
18602    +,   0         +,  0       any, 0
18603    -,   0         0,  +       any, pi
18604    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18605    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18606 @end smallexample
18608 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18609 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18610 not evaluate to @mathit{-2} as you might expect, but to the complex
18611 number @expr{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18612 of @mathit{-8} (as is @expr{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18613 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18615 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18616 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18618 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18619 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18620 the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18622 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18623 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18624 imaginary axis, below @expr{-i} and above @expr{i}.
18626 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18627 The branch cuts are on the imaginary axis, below @expr{-i} and
18628 above @expr{i}.
18630 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18631 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18632 real axis less than 1.
18634 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18635 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18637 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18638 @code{arctan} assume the current angular mode is Radians.  The
18639 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18641 @smallexample
18642        z             arcsin(z)            arccos(z)
18643 -------------------------------------------------------
18644  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18645  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18646  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18647    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18648    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18649    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18650     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18651     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18652     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18653 @end smallexample
18655 @smallexample
18656        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18657 -----------------------------------------------------
18658  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18659  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18660  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18661    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18662    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18663    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18664     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18665     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18666     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18667 @end smallexample
18669 @smallexample
18670        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18671 -----------------------------------------------------
18672    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18673    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18674  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18675  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18676    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18677  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18678  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18679 @end smallexample
18681 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18682 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18683 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18685 @smallexample
18686 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18687 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18688 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18689 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18690 @end smallexample
18692 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18693 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18694 are not rigorously specified at present.
18696 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18697 @section Random Numbers
18699 @noindent
18700 @kindex k r
18701 @pindex calc-random
18702 @tindex random
18703 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18704 random numbers of various sorts.
18706 Given a positive numeric prefix argument @expr{M}, it produces a random
18707 integer @expr{N} in the range 
18708 @texline @math{0 \le N < M}.
18709 @infoline @expr{0 <= N < M}.  
18710 Each possible value @expr{N} appears with equal probability.
18712 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18713 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @expr{M}
18714 the result is a random integer less than @expr{M}.  However, note that
18715 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @expr{M}
18716 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @expr{M} is negative,
18717 the result is a random integer in the range 
18718 @texline @math{M < N \le 0}.
18719 @infoline @expr{M < N <= 0}.
18721 If the value on the stack is a floating-point number @expr{M}, the result
18722 is a random floating-point number @expr{N} in the range 
18723 @texline @math{0 \le N < M}
18724 @infoline @expr{0 <= N < M}
18725 or 
18726 @texline @math{M < N \le 0},
18727 @infoline @expr{M < N <= 0}, 
18728 according to the sign of @expr{M}.
18730 If @expr{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
18731 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
18732 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
18733 every other call to this function will be especially fast.
18735 If @expr{M} is an error form 
18736 @texline @math{m} @code{+/-} @math{\sigma}
18737 @infoline @samp{m +/- s} 
18738 where @var{m} and 
18739 @texline @math{\sigma}
18740 @infoline @var{s} 
18741 are both real numbers, the result uses a Gaussian distribution with mean
18742 @var{m} and standard deviation 
18743 @texline @math{\sigma}.
18744 @infoline @var{s}.
18746 If @expr{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
18747 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
18748 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
18749 is floating-point, the result is a random real number in the specified
18750 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
18751 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
18752 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
18753 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
18754 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
18755 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
18756 extremely small.)
18758 If @expr{M} is a vector, the result is one element taken at random from
18759 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
18761 @vindex RandSeed
18762 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
18763 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
18764 the current time and other information.  You can get a reproducible
18765 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
18766 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
18767 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
18768 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
18769 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
18770 from the current time.  If you store the same integer that you used
18771 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
18772 of random numbers as before.
18774 @pindex calc-rrandom
18775 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
18776 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
18778 @kindex k a
18779 @pindex calc-random-again
18780 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
18781 number, re-using the most recent value of @expr{M}.  With a numeric
18782 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
18783 that value of @expr{M}.
18785 @kindex k h
18786 @pindex calc-shuffle
18787 @tindex shuffle
18788 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
18789 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
18790 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
18791 of the @expr{M} formats described above.  The numeric prefix argument
18792 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
18793 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
18794 stack, and @expr{M} from second-to-top.)
18796 If @expr{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
18797 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
18798 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
18799 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
18800 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
18801 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
18802 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
18803 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
18804 If @expr{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
18805 than once, but if several elements of @expr{M} are equal, they may
18806 each make it into the result vector.)
18808 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
18809 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
18810 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
18811 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
18812 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
18813 by @expr{M}.  Naturally, this is allowed only when @expr{M} specifies
18814 a small discrete set of possibilities.
18816 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
18817 given @expr{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
18818 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @expr{M}, then use
18819 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
18820 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
18822 @menu
18823 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
18824 @end menu
18826 @node Random Number Generator,  , Random Numbers, Random Numbers
18827 @subsection Random Number Generator
18829 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
18830 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
18831 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
18832 of the theory of random number generators and their measurement and
18833 characterization.
18835 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs' built-in
18836 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
18837 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
18838 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
18840 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
18841 the low-level random sequence using the time of day, so that the
18842 random number sequence will be different every time you use Calc.
18844 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
18845 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
18846 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
18847 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
18848 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
18849 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
18850 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
18851 generators that are typically used to implement @code{random}.
18853 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
18854 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
18855 computing 
18856 @texline @math{X_{n-55} - X_{n-24}}.
18857 @infoline @expr{X_n-55 - X_n-24}).  
18858 This method expands the seed
18859 value into a large table which is maintained internally; the variable
18860 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @expr{[42]}
18861 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
18862 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
18863 continue to use the same internal table as last time.  There is no
18864 way to extract the complete state of the random number generator
18865 so that you can restart it from any point; you can only restart it
18866 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
18867 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
18868 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
18869 to reseed the generator with that number.
18871 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
18872 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
18873 to generate a new random number, it uses the previous number to
18874 index into the table, picks the value it finds there as the new
18875 random number, then replaces that table entry with a new value
18876 obtained from a call to the base random number generator (either
18877 the additive congruential generator or the @code{random} function
18878 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
18879 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
18880 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
18881 damage its randomness.
18883 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
18884 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
18885 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
18886 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
18887 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
18888 value.
18890 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
18891 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
18892 @texline @math{10^{-p}}.
18893 @infoline @expr{10^-p}.  
18894 The resulting random numbers should be very clean, but note
18895 that relatively small numbers will have few significant random digits.
18896 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
18897 numbers on the order of 
18898 @texline @math{10^{-9}}
18899 @infoline @expr{10^-9} 
18900 or 
18901 @texline @math{10^{-10}},
18902 @infoline @expr{10^-10}, 
18903 but those numbers will only have two or three random digits since they
18904 correspond to small integers times 
18905 @texline @math{10^{-12}}.
18906 @infoline @expr{10^-12}.
18908 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
18909 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
18910 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
18911 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
18912 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
18913 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
18914 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
18915 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
18916 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
18917 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
18919 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
18920 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C.  This method
18921 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
18922 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
18924 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
18925 @section Combinatorial Functions
18927 @noindent
18928 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
18929 @kbd{k} key prefix.
18931 @kindex k g
18932 @pindex calc-gcd
18933 @tindex gcd
18934 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
18935 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
18936 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
18937 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
18938 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
18939 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
18940 the operation is left in symbolic form.
18942 @kindex k l
18943 @pindex calc-lcm
18944 @tindex lcm
18945 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
18946 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
18947 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
18948 numbers.
18950 @kindex k E
18951 @pindex calc-extended-gcd
18952 @tindex egcd
18953 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
18954 the GCD of two integers @expr{x} and @expr{y} and returns a vector
18955 @expr{[g, a, b]} where 
18956 @texline @math{g = \gcd(x,y) = a x + b y}.
18957 @infoline @expr{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
18959 @kindex !
18960 @pindex calc-factorial
18961 @tindex fact
18962 @ignore
18963 @mindex @null
18964 @end ignore
18965 @tindex !
18966 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
18967 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
18968 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
18969 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
18970 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
18971 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
18972 large factorials can be slow; using floating-point format will help
18973 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
18974 the commands in this section.
18976 @kindex k d
18977 @pindex calc-double-factorial
18978 @tindex dfact
18979 @ignore
18980 @mindex @null
18981 @end ignore
18982 @tindex !!
18983 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
18984 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
18985 this is the product of even integers from 2 to @expr{N}.  For an odd
18986 integer, this is the product of odd integers from 3 to @expr{N}.  If
18987 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
18988 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
18989 The notation @expr{N!!} is also recognized for double factorials.
18991 @kindex k c
18992 @pindex calc-choose
18993 @tindex choose
18994 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
18995 binomial coefficient @expr{N}-choose-@expr{M}, where @expr{M} is the number
18996 on the top of the stack and @expr{N} is second-to-top.  If both arguments
18997 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
18998 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
18999 real numbers by
19000 @texline @math{N! \over M! (N-M)!\,}.
19001 @infoline @expr{N! / M! (N-M)!}.
19003 @kindex H k c
19004 @pindex calc-perm
19005 @tindex perm
19006 @ifnottex
19007 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
19008 number-of-permutations function @expr{N! / (N-M)!}.
19009 @end ifnottex
19010 @tex
19011 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
19012 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
19013 @end tex
19015 @kindex k b
19016 @kindex H k b
19017 @pindex calc-bernoulli-number
19018 @tindex bern
19019 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
19020 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
19021 is a nonnegative integer @expr{n} that specifies which Bernoulli number
19022 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
19023 taking @expr{n} from the second-to-top position and @expr{x} from the
19024 top of the stack.  If @expr{x} is a variable or formula the result is
19025 a polynomial in @expr{x}; if @expr{x} is a number the result is a number.
19027 @kindex k e
19028 @kindex H k e
19029 @pindex calc-euler-number
19030 @tindex euler
19031 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
19032 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
19033 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
19034 functions.
19036 @kindex k s
19037 @kindex H k s
19038 @pindex calc-stirling-number
19039 @tindex stir1
19040 @tindex stir2
19041 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
19042 computes a Stirling number of the first 
19043 @texline kind@tie{}@math{n \brack m},
19044 @infoline kind,
19045 given two integers @expr{n} and @expr{m} on the stack.  The @kbd{H k s}
19046 [@code{stir2}] command computes a Stirling number of the second 
19047 @texline kind@tie{}@math{n \brace m}.
19048 @infoline kind.
19049 These are the number of @expr{m}-cycle permutations of @expr{n} objects,
19050 and the number of ways to partition @expr{n} objects into @expr{m}
19051 non-empty sets, respectively.
19053 @kindex k p
19054 @pindex calc-prime-test
19055 @cindex Primes
19056 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
19057 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
19058 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
19059 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
19060 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
19061 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
19062 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
19063 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
19064 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
19065 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
19066 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
19067 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
19068 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
19070 @ignore
19071 @starindex
19072 @end ignore
19073 @tindex prime
19074 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
19075 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
19076 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
19077 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
19078 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @expr{n}
19079 is (probably) prime and 0 if not.
19081 @kindex k f
19082 @pindex calc-prime-factors
19083 @tindex prfac
19084 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
19085 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
19086 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
19087 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
19088 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
19089 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
19090 million (with a warning message).  For negative integers, the first
19091 element of the list will be @mathit{-1}.  For inputs @mathit{-1}, @mathit{0}, and
19092 @mathit{1}, the result is a list of the same number.
19094 @kindex k n
19095 @pindex calc-next-prime
19096 @ignore
19097 @mindex nextpr@idots
19098 @end ignore
19099 @tindex nextprime
19100 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
19101 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
19102 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
19103 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
19104 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
19105 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
19106 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
19107 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
19108 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
19109 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
19110 prime.
19112 @kindex I k n
19113 @pindex calc-prev-prime
19114 @ignore
19115 @mindex prevpr@idots
19116 @end ignore
19117 @tindex prevprime
19118 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
19119 analogously finds the next prime less than a given number.
19121 @kindex k t
19122 @pindex calc-totient
19123 @tindex totient
19124 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
19125 Euler ``totient'' 
19126 @texline function@tie{}@math{\phi(n)},
19127 @infoline function,
19128 the number of integers less than @expr{n} which
19129 are relatively prime to @expr{n}.
19131 @kindex k m
19132 @pindex calc-moebius
19133 @tindex moebius
19134 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
19135 @texline M@"obius @math{\mu}
19136 @infoline Moebius ``mu''
19137 function.  If the input number is a product of @expr{k}
19138 distinct factors, this is @expr{(-1)^k}.  If the input number has any
19139 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
19140 the result is zero.
19142 @node Probability Distribution Functions,  , Combinatorial Functions, Scientific Functions
19143 @section Probability Distribution Functions
19145 @noindent
19146 The functions in this section compute various probability distributions.
19147 For continuous distributions, this is the integral of the probability
19148 density function from @expr{x} to infinity.  (These are the ``upper
19149 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
19150 tail'' functions which integrate from minus infinity to @expr{x}.)
19151 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
19152 from @expr{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
19153 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@expr{x}.
19155 To integrate from @expr{x} to @expr{y}, just use the distribution
19156 function twice and subtract.  For example, the probability that a
19157 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
19158 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
19159 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
19160 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
19162 @kindex k B
19163 @kindex I k B
19164 @pindex calc-utpb
19165 @tindex utpb
19166 @tindex ltpb
19167 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
19168 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
19169 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
19170 probability that an event will occur @var{x} or more times out
19171 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
19172 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
19173 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
19175 The other probability distribution functions similarly take the
19176 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
19177 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
19178 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
19179 the random variable first, then whatever other parameters define the
19180 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
19181 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
19182 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
19183 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
19184 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
19185 recover the original arguments but substitute a new value for @expr{x}.)
19187 @kindex k C
19188 @pindex calc-utpc
19189 @tindex utpc
19190 @ignore
19191 @mindex @idots
19192 @end ignore
19193 @kindex I k C
19194 @ignore
19195 @mindex @null
19196 @end ignore
19197 @tindex ltpc
19198 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
19199 @texline @math{\nu}
19200 @infoline @expr{v} 
19201 degrees of freedom.  It is the probability that a model is
19202 correct if its chi-square statistic is @expr{x}.
19204 @kindex k F
19205 @pindex calc-utpf
19206 @tindex utpf
19207 @ignore
19208 @mindex @idots
19209 @end ignore
19210 @kindex I k F
19211 @ignore
19212 @mindex @null
19213 @end ignore
19214 @tindex ltpf
19215 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
19216 various statistical tests.  The parameters 
19217 @texline @math{\nu_1}
19218 @infoline @expr{v1} 
19219 and 
19220 @texline @math{\nu_2}
19221 @infoline @expr{v2}
19222 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
19223 respectively, used in computing the statistic @expr{F}.
19225 @kindex k N
19226 @pindex calc-utpn
19227 @tindex utpn
19228 @ignore
19229 @mindex @idots
19230 @end ignore
19231 @kindex I k N
19232 @ignore
19233 @mindex @null
19234 @end ignore
19235 @tindex ltpn
19236 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
19237 with mean @expr{m} and standard deviation 
19238 @texline @math{\sigma}.
19239 @infoline @expr{s}.  
19240 It is the probability that such a normal-distributed random variable
19241 would exceed @expr{x}.
19243 @kindex k P
19244 @pindex calc-utpp
19245 @tindex utpp
19246 @ignore
19247 @mindex @idots
19248 @end ignore
19249 @kindex I k P
19250 @ignore
19251 @mindex @null
19252 @end ignore
19253 @tindex ltpp
19254 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
19255 mean @expr{x}.  It is the probability that @expr{n} or more such
19256 Poisson random events will occur.
19258 @kindex k T
19259 @pindex calc-ltpt
19260 @tindex utpt
19261 @ignore
19262 @mindex @idots
19263 @end ignore
19264 @kindex I k T
19265 @ignore
19266 @mindex @null
19267 @end ignore
19268 @tindex ltpt
19269 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
19270 with 
19271 @texline @math{\nu}
19272 @infoline @expr{v} 
19273 degrees of freedom.  It is the probability that a
19274 t-distributed random variable will be greater than @expr{t}.
19275 (Note:  This computes the distribution function 
19276 @texline @math{A(t|\nu)}
19277 @infoline @expr{A(t|v)}
19278 where 
19279 @texline @math{A(0|\nu) = 1}
19280 @infoline @expr{A(0|v) = 1} 
19281 and 
19282 @texline @math{A(\infty|\nu) \to 0}.
19283 @infoline @expr{A(inf|v) -> 0}.  
19284 The @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition which
19285 returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
19287 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
19288 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
19289 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
19290 to be able to find a solution given any initial guess.
19291 @xref{Numerical Solutions}.
19293 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
19294 @chapter Vector/Matrix Functions
19296 @noindent
19297 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
19298 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
19299 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
19300 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
19301 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
19303 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
19304 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
19305 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
19306 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
19307 vector of matrices, and so on.)
19309 @menu
19310 * Packing and Unpacking::
19311 * Building Vectors::
19312 * Extracting Elements::
19313 * Manipulating Vectors::
19314 * Vector and Matrix Arithmetic::
19315 * Set Operations::
19316 * Statistical Operations::
19317 * Reducing and Mapping::
19318 * Vector and Matrix Formats::
19319 @end menu
19321 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19322 @section Packing and Unpacking
19324 @noindent
19325 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19326 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19327 described in this chapter because they are most often used to build
19328 vectors.
19330 @kindex v p
19331 @pindex calc-pack
19332 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19333 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19334 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19335 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19336 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19337 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19338 five stack elements and push back a single vector of those five
19339 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19341 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19342 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19343 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19344 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19346 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19348 @table @cite
19349 @item -1
19350 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19351 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19352 @expr{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19353 number.  The two input values must both be real numbers,
19354 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19355 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19356 other packing modes also create a symbolic answer if the
19357 components are not suitable.)
19359 @item -2
19360 Two values are collected to build a polar complex number.
19361 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19362 in either degrees or radians according to the current angular
19363 mode.
19365 @item -3
19366 Three values are collected into an HMS form.  The first
19367 two values (hours and minutes) must be integers or
19368 integer-valued floats.  The third value may be any real
19369 number.
19371 @item -4
19372 Two values are collected into an error form.  The inputs
19373 may be real numbers or formulas.
19375 @item -5
19376 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19377 must be real numbers.
19379 @item -6
19380 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19381 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19383 @item -7
19384 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19386 @item -8
19387 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19389 @item -9
19390 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19392 @item -10
19393 Two integer values are collected into a fraction.
19395 @item -11
19396 Two values are collected into a floating-point number.
19397 The first is the mantissa; the second, which must be an
19398 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19399 times ten to the power of the exponent.
19401 @item -12
19402 This is treated the same as @mathit{-11} by the @kbd{v p} command.
19403 When unpacking, @mathit{-12} specifies that a floating-point mantissa
19404 is desired.
19406 @item -13
19407 A real number is converted into a date form.
19409 @item -14
19410 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19412 @item -15
19413 Six numbers are packed into a date/time form.
19414 @end table
19416 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19417 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19418 length, the result is another vector made by packing corresponding
19419 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19420 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19421 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19422 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19423 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19424 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19425 numbers modulo @var{M}.
19427 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19428 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19429 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19430 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19431 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19433 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19434 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19435 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19436 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19437 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19439 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19440 packing are done at that level as described above.  For
19441 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19442 @texline @math{2\times3}
19443 @infoline 2x3
19444 matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19445 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19446 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19448 @ignore
19449 @starindex
19450 @end ignore
19451 @tindex pack
19452 There is an equivalent algebraic function,
19453 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19454 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19455 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19456 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19457 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19458 left in symbolic form if the packing mode is invalid, or if the
19459 number of data items does not match the number of items required
19460 by the mode.
19462 @kindex v u
19463 @pindex calc-unpack
19464 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19465 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19466 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19467 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19468 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19469 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19471 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19472 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19473 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19474 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19475 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19476 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19477 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19479 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19480 not a vector.  For example, if the input is the number @mathit{-5}, then
19481 @kbd{c-u -1 v u} yields @mathit{-5} and 0 (the components of @mathit{-5}
19482 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19483 and 180 (assuming Degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @mathit{-5}
19484 and 1 (the numerator and denominator of @mathit{-5}, viewed as a rational
19485 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19486 is not a composite object.
19488 Unpacking mode @mathit{-11} converts a float into an integer mantissa and
19489 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19490 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19491 Unpacking mode @mathit{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19492 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19493 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19494 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19495 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19497 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19498 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19499 except that in addition to the components of the input object,
19500 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19501 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19502 original object.
19504 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19505 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19506 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19507 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19509 @ignore
19510 @starindex
19511 @end ignore
19512 @tindex unpack
19513 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19514 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19515 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19516 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19517 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19518 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19520 @ignore
19521 @starindex
19522 @end ignore
19523 @tindex unpackt
19524 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19525 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19526 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19527 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19528 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19529 The identity for re-building the original object is
19530 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19531 @code{apply} function builds a function call given the function
19532 name and a vector of arguments.)
19534 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19535 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19536 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19537 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19539 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19540 @section Building Vectors
19542 @noindent
19543 Vectors and matrices can be added,
19544 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.
19546 @kindex |
19547 @pindex calc-concat
19548 @ignore
19549 @mindex @null
19550 @end ignore
19551 @tindex |
19552 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) [@code{vconcat}] command ``concatenates'' two vectors
19553 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19554 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19555 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19556 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19557 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19559 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19560 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19561 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19562 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19563 one-row matrix.
19565 @kindex H |
19566 @tindex append
19567 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19568 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19569 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19570 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19571 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19573 @kindex I |
19574 @kindex H I |
19575 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19576 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19577 to @kbd{@key{TAB} |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19579 @kindex v d
19580 @pindex calc-diag
19581 @tindex diag
19582 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19583 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19584 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19585 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19586 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19587 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19588 the prefix argument is required.
19590 To build a constant square matrix, e.g., a 
19591 @texline @math{3\times3}
19592 @infoline 3x3
19593 matrix filled with ones, use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero
19594 matrix first and then add a constant value to that matrix.  (Another
19595 alternative would be to use @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19597 @kindex v i
19598 @pindex calc-ident
19599 @tindex idn
19600 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19601 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19602 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19603 this command prompts for one.
19605 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19606 except that @expr{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19607 If @expr{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @expr{a} times an
19608 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19609 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19610 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19611 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19612 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19613 Note that in dimensioned Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19614 identity matrices are immediately expanded to the current default
19615 dimensions.
19617 @kindex v x
19618 @pindex calc-index
19619 @tindex index
19620 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19621 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19622 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19623 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19624 is a vector of negative integers from @var{n} to @mathit{-1}.
19626 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19627 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19628 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19629 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19630 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19631 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19632 of numbers or formulas.
19634 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19635 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19636 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19637 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19638 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19639 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19641 @kindex v b
19642 @pindex calc-build-vector
19643 @tindex cvec
19644 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19645 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19646 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19647 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19648 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19649 to build a matrix of copies of that row.)
19651 @kindex v h
19652 @kindex I v h
19653 @pindex calc-head
19654 @pindex calc-tail
19655 @tindex head
19656 @tindex tail
19657 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19658 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19659 function returns the vector with its first element removed.  In both
19660 cases, the argument must be a non-empty vector.
19662 @kindex v k
19663 @pindex calc-cons
19664 @tindex cons
19665 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19666 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19667 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19668 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19669 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19671 @kindex H v h
19672 @tindex rhead
19673 @ignore
19674 @mindex @idots
19675 @end ignore
19676 @kindex H I v h
19677 @ignore
19678 @mindex @null
19679 @end ignore
19680 @kindex H v k
19681 @ignore
19682 @mindex @null
19683 @end ignore
19684 @tindex rtail
19685 @ignore
19686 @mindex @null
19687 @end ignore
19688 @tindex rcons
19689 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19690 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19691 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19692 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19693 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19694 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19695 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19697 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19698 @section Extracting Vector Elements
19700 @noindent
19701 @kindex v r
19702 @pindex calc-mrow
19703 @tindex mrow
19704 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19705 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19706 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19707 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19708 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19709 form of a vector or scalar, respectively.
19711 @cindex Permutations, applying
19712 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19713 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19714 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19715 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19716 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19717 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19719 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19720 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19721 submatrix is returned.
19723 @cindex Subscript notation
19724 @kindex a _
19725 @pindex calc-subscript
19726 @tindex subscr
19727 @tindex _
19728 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19729 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19730 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @expr{x}, @expr{y}, or @expr{z} if
19731 @expr{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
19732 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
19733 access the element at row @expr{i}, column @expr{j} of a matrix.
19734 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
19735 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
19736 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
19737 purely as an algebraic notation.)
19739 @tindex mrrow
19740 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
19741 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
19742 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
19743 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
19744 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
19746 @tindex getdiag
19747 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
19748 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
19749 function is called @code{getdiag}.
19751 @kindex v c
19752 @pindex calc-mcol
19753 @tindex mcol
19754 @tindex mrcol
19755 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
19756 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
19757 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
19758 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
19759 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
19760 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).
19762 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
19763 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
19764 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
19765 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @expr{i}, column @expr{j}
19766 of matrix @expr{m}.
19768 @kindex v s
19769 @pindex calc-subvector
19770 @tindex subvec
19771 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
19772 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
19773 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
19774 position.  The starting index indicates the first element of the vector
19775 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
19776 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
19777 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
19778 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
19780 If either the start or the end index is zero or negative, it is
19781 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
19782 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
19783 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
19784 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
19785 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
19786 has this effect when used as the ending index.
19788 @kindex I v s
19789 @tindex rsubvec
19790 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
19791 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
19792 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
19793 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
19794 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
19796 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
19797 vectors one element at a time.
19799 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
19800 @section Manipulating Vectors
19802 @noindent
19803 @kindex v l
19804 @pindex calc-vlength
19805 @tindex vlen
19806 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
19807 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
19808 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
19809 command.
19811 @kindex H v l
19812 @tindex mdims
19813 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
19814 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
19815 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
19816 its argument is a 
19817 @texline @math{2\times3}
19818 @infoline 2x3
19819 matrix.
19821 @kindex v f
19822 @pindex calc-vector-find
19823 @tindex find
19824 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
19825 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
19826 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
19827 If a match is found, the result is the index of the matching element.
19828 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
19829 allows you to select any starting index for the search.
19831 @kindex v a
19832 @pindex calc-arrange-vector
19833 @tindex arrange
19834 @cindex Arranging a matrix
19835 @cindex Reshaping a matrix
19836 @cindex Flattening a matrix
19837 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
19838 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
19839 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
19840 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
19841 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
19842 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
19843 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
19844 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
19845 in the vector, the last row will be short and the result will not be
19846 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
19847 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
19848 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a 
19849 @texline @math{1\times4}
19850 @infoline 1x4
19851 matrix), @kbd{v a 1} produces @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a 
19852 @texline @math{4\times1}
19853 @infoline 4x1
19854 matrix), @kbd{v a 2} produces @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original 
19855 @texline @math{2\times2}
19856 @infoline 2x2
19857 matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a
19858 matrix), and @kbd{v a 0} produces the flattened list 
19859 @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
19861 @cindex Sorting data
19862 @kindex V S
19863 @kindex I V S
19864 @pindex calc-sort
19865 @tindex sort
19866 @tindex rsort
19867 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
19868 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
19869 constant interval forms come first in this ordering; next come other
19870 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
19871 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
19872 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
19873 one vector is less or greater than another if the first corresponding
19874 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
19875 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
19876 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
19877 alphabetical order by this command.
19879 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
19881 @cindex Permutation, inverse of
19882 @cindex Inverse of permutation
19883 @cindex Index tables
19884 @cindex Rank tables
19885 @kindex V G
19886 @kindex I V G
19887 @pindex calc-grade
19888 @tindex grade
19889 @tindex rgrade
19890 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
19891 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
19892 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
19893 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
19894 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
19895 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
19896 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
19897 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
19898 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
19899 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
19900 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
19901 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
19902 table, just use @kbd{V G V G}.
19904 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
19905 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
19906 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
19907 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
19908 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
19909 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
19910 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
19911 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
19912 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
19913 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
19914 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
19916 @cindex Histograms
19917 @kindex V H
19918 @pindex calc-histogram
19919 @ignore
19920 @mindex histo@idots
19921 @end ignore
19922 @tindex histogram
19923 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
19924 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
19925 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
19926 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
19927 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
19928 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
19929 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
19930 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
19931 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
19932 input vector.)
19934 @kindex H V H
19935 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
19936 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
19937 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
19938 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
19939 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
19940 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
19942 @kindex v t
19943 @pindex calc-transpose
19944 @tindex trn
19945 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
19946 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
19947 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
19948 a one-column matrix.
19950 @kindex v v
19951 @pindex calc-reverse-vector
19952 @tindex rev
19953 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{rev}] command reverses
19954 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
19955 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
19956 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
19957 a matrix.)
19959 @kindex v m
19960 @pindex calc-mask-vector
19961 @tindex vmask
19962 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
19963 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
19964 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
19965 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
19966 the same as the target vector, but with all elements which correspond
19967 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
19968 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
19969 @xref{Logical Operations}.
19971 @kindex v e
19972 @pindex calc-expand-vector
19973 @tindex vexp
19974 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
19975 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
19976 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
19977 by successive elements from the target vector.  The length of the target
19978 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
19979 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
19980 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
19981 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
19982 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
19984 @kindex H v e
19985 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
19986 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
19987 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
19988 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
19989 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
19990 then successive values are taken from it, so that the effect is to
19991 interleave two vectors according to the mask:
19992 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
19993 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
19995 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
19996 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
19997 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
19998 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
19999 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
20000 masking using vectors.
20002 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
20003 @section Vector and Matrix Arithmetic
20005 @noindent
20006 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
20007 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
20008 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
20009 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
20010 @xref{Basic Arithmetic}.
20012 The following functions are applied element-wise if their arguments are
20013 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
20014 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
20015 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.
20017 @kindex V J
20018 @pindex calc-conj-transpose
20019 @tindex ctrn
20020 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
20021 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
20023 @ignore
20024 @mindex A
20025 @end ignore
20026 @kindex A (vectors)
20027 @pindex calc-abs (vectors)
20028 @ignore
20029 @mindex abs
20030 @end ignore
20031 @tindex abs (vectors)
20032 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
20033 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
20034 root of the sum of the squares of the absolute values of the
20035 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
20036 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
20037 from that point to the origin.
20039 @kindex v n
20040 @pindex calc-rnorm
20041 @tindex rnorm
20042 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes the
20043 infinity-norm of a vector, or the row norm of a matrix.  For a plain
20044 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.  For
20045 a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums, i.e., of
20046 the sums of the absolute values of the elements along the various rows.
20048 @kindex V N
20049 @pindex calc-cnorm
20050 @tindex cnorm
20051 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
20052 the one-norm of a vector, or column norm of a matrix.  For a plain
20053 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
20054 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
20055 General @expr{k}-norms for @expr{k} other than one or infinity are
20056 not provided.  However, the 2-norm (or Frobenius norm) is provided for
20057 vectors by the @kbd{A} (@code{calc-abs}) command.
20059 @kindex V C
20060 @pindex calc-cross
20061 @tindex cross
20062 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
20063 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
20064 exactly three elements.
20066 @ignore
20067 @mindex &
20068 @end ignore
20069 @kindex & (matrices)
20070 @pindex calc-inv (matrices)
20071 @ignore
20072 @mindex inv
20073 @end ignore
20074 @tindex inv (matrices)
20075 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
20076 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
20077 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
20078 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
20079 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
20080 quickly in the future.
20082 If the argument to @kbd{&} is a plain number @expr{x}, this
20083 command simply computes @expr{1/x}.  This is okay, because the
20084 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
20085 by a matrix.
20087 @kindex V D
20088 @pindex calc-mdet
20089 @tindex det
20090 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
20091 determinant of a square matrix.
20093 @kindex V L
20094 @pindex calc-mlud
20095 @tindex lud
20096 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
20097 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
20098 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
20099 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
20100 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
20101 and the third is upper-triangular.
20103 @kindex V T
20104 @pindex calc-mtrace
20105 @tindex tr
20106 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
20107 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
20108 elements of the matrix.
20110 @kindex V K
20111 @pindex calc-kron
20112 @tindex kron
20113 The @kbd{V K} (@code{calc-kron}) [@code{kron}] command computes
20114 the Kronecker product of two matrices.
20116 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
20117 @section Set Operations using Vectors
20119 @noindent
20120 @cindex Sets, as vectors
20121 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
20122 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
20123 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
20124 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
20125 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
20126 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
20127 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
20128 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
20129 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
20130 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
20131 the variables @samp{a} and @samp{b} both equaled 17, you might
20132 expect the answer @samp{[]}.
20134 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
20135 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
20136 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
20137 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
20138 there are variables or other non-real objects present in a real set,
20139 all set operations on it will be left in unevaluated form.
20141 If the input to a set operation is a plain number or interval form
20142 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
20143 The result is always a vector, except that if the set consists of a
20144 single interval, the interval itself is returned instead.
20146 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
20147 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @expr{A}
20148 is a subset of the set @expr{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
20150 @kindex V +
20151 @pindex calc-remove-duplicates
20152 @tindex rdup
20153 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
20154 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
20155 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
20156 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
20157 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
20158 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
20159 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
20160 them.
20162 @kindex V V
20163 @pindex calc-set-union
20164 @tindex vunion
20165 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
20166 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
20167 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
20168 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
20169 then using @kbd{V +}.)
20171 @kindex V ^
20172 @pindex calc-set-intersect
20173 @tindex vint
20174 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
20175 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
20176 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
20177 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
20178 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
20179 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
20180 notation for set 
20181 @texline union@tie{}(@math{A \cup B})
20182 @infoline union
20183 and 
20184 @texline intersection@tie{}(@math{A \cap B}).
20185 @infoline intersection.
20187 @kindex V -
20188 @pindex calc-set-difference
20189 @tindex vdiff
20190 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
20191 the difference between two sets.  An object is in the difference
20192 @expr{A - B} if and only if it is in @expr{A} but not in @expr{B}.
20193 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
20194 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
20195 as a general @dfn{set complement} operator; if @expr{A} is the set of
20196 all possible values, then @expr{A - B} is the ``complement'' of @expr{B}.
20197 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
20198 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
20199 enough to express in a few intervals).
20201 @kindex V X
20202 @pindex calc-set-xor
20203 @tindex vxor
20204 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
20205 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
20206 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
20207 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
20208 occur in both sets ``cancel out.''
20210 @kindex V ~
20211 @pindex calc-set-complement
20212 @tindex vcompl
20213 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
20214 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
20215 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
20216 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
20217 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
20219 @kindex V F
20220 @pindex calc-set-floor
20221 @tindex vfloor
20222 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
20223 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
20224 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
20225 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
20226 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
20227 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
20228 the complement with respect to the set of integers you could type
20229 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
20231 @kindex V E
20232 @pindex calc-set-enumerate
20233 @tindex venum
20234 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
20235 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
20236 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
20237 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
20238 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
20240 @kindex V :
20241 @pindex calc-set-span
20242 @tindex vspan
20243 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
20244 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
20245 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
20246 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
20247 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
20249 @kindex V #
20250 @pindex calc-set-cardinality
20251 @tindex vcard
20252 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
20253 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
20254 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
20255 more efficient than actually producing that vector.
20257 @cindex Sets, as binary numbers
20258 Another representation for sets that may be more appropriate in some
20259 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
20260 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
20261 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
20262 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
20263 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
20264 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
20265 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
20266 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
20267 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
20268 convenient to you.
20270 @kindex b p
20271 @kindex b u
20272 @pindex calc-pack-bits
20273 @pindex calc-unpack-bits
20274 @tindex vpack
20275 @tindex vunpack
20276 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
20277 converts an integer that represents a set in binary into a set
20278 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
20279 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
20280 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
20281 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
20282 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
20283 (binary) prefix key.
20285 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
20286 converts the other way, from a vector or interval representing
20287 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
20288 the same set.  The set may include positive infinity, but must
20289 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
20290 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
20291 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
20292 representation 
20293 @texline (@math{2^{100}}, a 31-digit integer, in this case).
20294 @infoline (@expr{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
20296 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
20297 @section Statistical Operations on Vectors
20299 @noindent
20300 @cindex Statistical functions
20301 The commands in this section take vectors as arguments and compute
20302 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
20303 references used in the definitions of these functions are Bevington's
20304 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
20305 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
20306 Vetterling.
20308 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
20309 a shifted letter or other character.
20311 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
20312 (@code{calc-histogram}).
20314 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
20315 least-squares fits to statistical data.
20317 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
20318 probability distribution functions.
20320 @menu
20321 * Single-Variable Statistics::
20322 * Paired-Sample Statistics::
20323 @end menu
20325 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
20326 @subsection Single-Variable Statistics
20328 @noindent
20329 These functions do various statistical computations on single
20330 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
20331 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
20332 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
20333 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
20334 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
20335 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
20337 If an argument is a variable name, and the value stored in that
20338 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
20339 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
20340 the slow process of manipulating it directly on the stack.
20342 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
20343 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
20344 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
20345 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
20346 of the computation, based on the assumption that the formula does
20347 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
20348 error forms and interval forms are acceptable.
20350 Some of the functions in this section also accept a single error form
20351 or interval as an argument.  They then describe a property of the
20352 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20353 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20354 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20355 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20356 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20357 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20358 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20359 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20361 @kindex u #
20362 @pindex calc-vector-count
20363 @tindex vcount
20364 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20365 computes the number of data values represented by the inputs.
20366 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20367 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20368 simply computes the length of the vector.
20370 @kindex u +
20371 @kindex u *
20372 @pindex calc-vector-sum
20373 @pindex calc-vector-prod
20374 @tindex vsum
20375 @tindex vprod
20376 @cindex Summations (statistical)
20377 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20378 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20379 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20380 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20381 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20382 (@pxref{Reducing and Mapping}).
20384 @kindex u X
20385 @kindex u N
20386 @pindex calc-vector-max
20387 @pindex calc-vector-min
20388 @tindex vmax
20389 @tindex vmin
20390 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20391 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20392 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20393 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20394 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20395 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20396 plus or minus infinity.
20398 @kindex u M
20399 @pindex calc-vector-mean
20400 @tindex vmean
20401 @cindex Mean of data values
20402 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20403 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20404 If the inputs are error forms 
20405 @texline @math{x \pm \sigma},
20406 @infoline @samp{x +/- s}, 
20407 this is the weighted mean of the @expr{x} values with weights 
20408 @texline @math{1 /\sigma^2}.
20409 @infoline @expr{1 / s^2}.
20410 @tex
20411 \turnoffactive
20412 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20413            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20414 @end tex
20415 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20416 values divided by the count of the values.
20418 Note that a plain number can be considered an error form with
20419 error 
20420 @texline @math{\sigma = 0}.
20421 @infoline @expr{s = 0}.  
20422 If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20423 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20424 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20425 above definitions it's clear that a plain number effectively
20426 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20427 weight is completely negligible.)
20429 This function also works for distributions (error forms or
20430 intervals).  The mean of an error form `@var{a} @tfn{+/-} @var{b}' is simply
20431 @expr{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20432 and maximum values of the interval.
20434 @kindex I u M
20435 @pindex calc-vector-mean-error
20436 @tindex vmeane
20437 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20438 command computes the mean of the data points expressed as an
20439 error form.  This includes the estimated error associated with
20440 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20441 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20442 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20443 sum of the reciprocals of the variances.)
20444 @tex
20445 \turnoffactive
20446 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20447 @end tex
20448 If the inputs are plain
20449 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20450 divided by the square root of the number of values.  (This works
20451 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20452 then assuming each value's error is equal to this standard
20453 deviation.)
20454 @tex
20455 \turnoffactive
20456 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20457 @end tex
20459 @kindex H u M
20460 @pindex calc-vector-median
20461 @tindex vmedian
20462 @cindex Median of data values
20463 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20464 command computes the median of the data values.  The values are
20465 first sorted into numerical order; the median is the middle
20466 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20467 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20468 The median function is different from the other functions in
20469 this section in that the arguments must all be real numbers;
20470 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20471 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20472 any of the input values are error forms, their error parts are
20473 ignored.
20475 The median function also accepts distributions.  For both normal
20476 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20477 the same as the mean.
20479 @kindex H I u M
20480 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20481 @tindex vhmean
20482 @cindex Harmonic mean
20483 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20484 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20485 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20486 of the values.
20487 @tex
20488 \turnoffactive
20489 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20490 @end tex
20492 @kindex u G
20493 @pindex calc-vector-geometric-mean
20494 @tindex vgmean
20495 @cindex Geometric mean
20496 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20497 command computes the geometric mean of the data values.  This
20498 is the @var{n}th root of the product of the values.  This is also
20499 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20500 of the data values.
20501 @tex
20502 \turnoffactive
20503 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20504    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20505 @end tex
20507 @kindex H u G
20508 @tindex agmean
20509 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20510 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20511 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20512 mean, then repeating until the two values converge.
20513 @tex
20514 \turnoffactive
20515 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20516 @end tex
20518 @cindex Root-mean-square
20519 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20520 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20522 @kindex u S
20523 @pindex calc-vector-sdev
20524 @tindex vsdev
20525 @cindex Standard deviation
20526 @cindex Sample statistics
20527 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20528 computes the standard 
20529 @texline deviation@tie{}@math{\sigma}
20530 @infoline deviation
20531 of the data values.  If the values are error forms, the errors are used
20532 as weights just as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard
20533 deviation, whose value is the square root of the sum of the squares of
20534 the differences between the values and the mean of the @expr{N} values,
20535 divided by @expr{N-1}.
20536 @tex
20537 \turnoffactive
20538 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20539 @end tex
20541 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20542 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20543 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20544 limits, divided by 
20545 @texline @math{\sqrt{12}}.
20546 @infoline @expr{sqrt(12)}.  
20547 The standard deviation of an integer interval is the same as the
20548 standard deviation of a vector of those integers.
20550 @kindex I u S
20551 @pindex calc-vector-pop-sdev
20552 @tindex vpsdev
20553 @cindex Population statistics
20554 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20555 command computes the @emph{population} standard deviation.
20556 It is defined by the same formula as above but dividing
20557 by @expr{N} instead of by @expr{N-1}.  The population standard
20558 deviation is used when the input represents the entire set of
20559 data values in the distribution; the sample standard deviation
20560 is used when the input represents a sample of the set of all
20561 data values, so that the mean computed from the input is itself
20562 only an estimate of the true mean.
20563 @tex
20564 \turnoffactive
20565 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20566 @end tex
20568 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20569 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20570 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20572 @kindex H u S
20573 @kindex H I u S
20574 @pindex calc-vector-variance
20575 @pindex calc-vector-pop-variance
20576 @tindex vvar
20577 @tindex vpvar
20578 @cindex Variance of data values
20579 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20580 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20581 commands compute the variance of the data values.  The variance
20582 is the 
20583 @texline square@tie{}@math{\sigma^2}
20584 @infoline square
20585 of the standard deviation, i.e., the sum of the
20586 squares of the deviations of the data values from the mean.
20587 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20589 @ignore
20590 @starindex
20591 @end ignore
20592 @tindex vflat
20593 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20594 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20595 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20596 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20598 @node Paired-Sample Statistics,  , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20599 @subsection Paired-Sample Statistics
20601 @noindent
20602 The functions in this section take two arguments, which must be
20603 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20604 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20605 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20606 the stack, which must be an 
20607 @texline @math{N\times2}
20608 @infoline Nx2
20609 matrix of data values.  Once again, variable names can be used in place
20610 of actual vectors and matrices.
20612 @kindex u C
20613 @pindex calc-vector-covariance
20614 @tindex vcov
20615 @cindex Covariance
20616 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20617 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20618 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20619 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20620 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20621 and the mean of @var{y}, all divided by @expr{N-1}.  Note that
20622 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20623 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20624 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20625 are composed of error forms, the error for a given data point
20626 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20627 input errors.
20628 @tex
20629 \turnoffactive
20630 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20631 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20632     {\displaystyle {1 \over N-1}
20633                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20634      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20636 @end tex
20638 @kindex I u C
20639 @pindex calc-vector-pop-covariance
20640 @tindex vpcov
20641 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20642 command computes the population covariance, which is the same as the
20643 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @expr{N}
20644 instead of @expr{N-1}.
20646 @kindex H u C
20647 @pindex calc-vector-correlation
20648 @tindex vcorr
20649 @cindex Correlation coefficient
20650 @cindex Linear correlation
20651 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20652 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20653 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20654 product of their standard deviations.  (There is no difference
20655 between sample or population statistics here.)
20656 @tex
20657 \turnoffactive
20658 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20659 @end tex
20661 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20662 @section Reducing and Mapping Vectors
20664 @noindent
20665 The commands in this section allow for more general operations on the
20666 elements of vectors.
20668 @kindex V A
20669 @pindex calc-apply
20670 @tindex apply
20671 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20672 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20673 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20674 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20675 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20676 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20677 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20679 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20680 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20682 @menu
20683 * Specifying Operators::
20684 * Mapping::
20685 * Reducing::
20686 * Nesting and Fixed Points::
20687 * Generalized Products::
20688 @end menu
20690 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20691 @subsection Specifying Operators
20693 @noindent
20694 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20695 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20696 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20697 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20698 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20699 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20700 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20701 element as its argument.)
20703 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20704 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20705 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20706 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20707 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20708 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20709 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20710 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20711 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20712 @kbd{V M 3 x f @key{RET}} calls @code{f} with three arguments even if it
20713 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20714 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20715 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20716 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20717 type @kbd{V M 3 v e}.
20719 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20720 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20721 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20722 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20723 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20724 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20725 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20726 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20727 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20728 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20730 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20731 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20732 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20733 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20734 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20735 entry interacts with the stack.)
20737 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
20738 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
20739 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
20740 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
20741 prompted for an argument list.
20743 @cindex Nameless functions
20744 @cindex Generic functions
20745 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
20746 which means ``a function of two arguments that computes the first
20747 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
20748 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
20749 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
20750 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ @key{RET}},
20751 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
20752 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x @key{RET} @key{RET}},
20753 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
20754 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
20755 can get it back later if you wish.
20757 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
20758 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
20759 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
20760 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
20761 begins with a list of variables followed by a colon.)
20763 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
20764 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
20765 argument list in this case, since the nameless function specifies the
20766 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
20767 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
20768 so that @kbd{V A ' #1+#2 @key{RET}} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> @key{RET}},
20769 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ @key{RET}}.
20771 @cindex Lambda expressions
20772 @ignore
20773 @starindex
20774 @end ignore
20775 @tindex lambda
20776 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
20777 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
20778 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
20779 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
20780 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
20781 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
20782 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
20784 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
20785 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
20786 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
20787 called.)
20789 @tindex add
20790 @tindex sub
20791 @ignore
20792 @mindex @idots
20793 @end ignore
20794 @tindex mul
20795 @ignore
20796 @mindex @null
20797 @end ignore
20798 @tindex div
20799 @ignore
20800 @mindex @null
20801 @end ignore
20802 @tindex pow
20803 @ignore
20804 @mindex @null
20805 @end ignore
20806 @tindex neg
20807 @ignore
20808 @mindex @null
20809 @end ignore
20810 @tindex mod
20811 @ignore
20812 @mindex @null
20813 @end ignore
20814 @tindex vconcat
20815 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
20816 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
20817 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
20818 and is either a variable whose name is the same as the function name,
20819 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
20820 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
20821 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
20822 @code{vconcat}.
20824 @ignore
20825 @starindex
20826 @end ignore
20827 @tindex call
20828 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
20829 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
20830 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
20831 like the other functions described here, may be either a variable naming a
20832 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
20833 as @samp{x + 2y}).
20835 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
20836 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
20837 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
20838 automatically makes this translation, so you don't have to worry
20839 about it.)
20841 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
20842 @subsection Mapping
20844 @noindent
20845 @kindex V M
20846 @pindex calc-map
20847 @tindex map
20848 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
20849 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
20850 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
20851 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
20852 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
20853 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
20854 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
20855 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
20856 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
20857 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
20858 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
20859 be prompted for the number of arguments to use.
20861 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
20862 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
20863 @expr{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
20864 produce another 
20865 @texline @math{3\times2}
20866 @infoline 3x2
20867 matrix, @expr{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
20869 @tindex mapr
20870 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
20871 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
20872 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
20873 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
20874 namely @expr{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
20875 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
20876 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
20877 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
20878 of the matrix to get a new matrix, @expr{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
20880 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
20881 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
20882 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
20883 their individual elements.
20885 @tindex mapc
20886 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
20887 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
20888 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
20889 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
20890 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
20891 @expr{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
20893 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
20894 and column-like appearances, and were not already taken by useful
20895 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
20896 to type after @kbd{V M}.)
20898 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
20899 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
20900 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
20901 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
20902 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
20903 a vector takes a dot product of the vector with itself).
20905 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
20906 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
20907 arguments, those vectors are also held constant for every row or
20908 column.
20910 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
20911 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
20912 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
20913 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
20914 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
20915 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
20916 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
20917 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
20918 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
20919 mapped over the elements of each row.)
20921 @tindex mapa
20922 @tindex mapd
20923 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
20924 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
20925 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
20926 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
20927 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
20928 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
20929 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
20930 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
20932 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
20933 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
20934 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
20935 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
20937 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
20938 @subsection Reducing
20940 @noindent
20941 @kindex V R
20942 @pindex calc-reduce
20943 @tindex reduce
20944 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
20945 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
20946 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
20947 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
20948 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
20949 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
20950 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
20951 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
20953 @kindex I V R
20954 @tindex rreduce
20955 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
20956 that works from right to left through the vector.  For example, plain
20957 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
20958 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
20959 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
20960 in power series expansions.
20962 @kindex V U
20963 @tindex accum
20964 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
20965 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
20966 operation, but instead of producing only the final result, it produces
20967 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
20968 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
20969 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
20971 @kindex I V U
20972 @tindex raccum
20973 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
20974 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
20975 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
20977 @tindex reducea
20978 @tindex rreducea
20979 @tindex reduced
20980 @tindex rreduced
20981 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
20982 example, given the matrix @expr{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
20983 compute @expr{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
20984 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
20985 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
20986 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
20987 matrix would produce @expr{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
20988 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @expr{[a + d,
20989 b + e, c + f]}.
20991 @tindex reducer
20992 @tindex rreducer
20993 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
20994 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
20995 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
20996 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
20997 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
20998 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
20999 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
21001 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
21002 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
21004 @tindex reducec
21005 @tindex rreducec
21006 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
21007 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
21009 The commands @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are equivalent to typing
21010 @kbd{C-x * r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
21011 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
21012 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
21014 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
21015 @subsection Nesting and Fixed Points
21017 @noindent
21018 @kindex H V R
21019 @tindex nest
21020 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
21021 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
21022 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
21023 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
21024 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
21025 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
21026 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
21028 @kindex H V U
21029 @tindex anest
21030 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
21031 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
21032 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
21033 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
21034 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
21036 @kindex H I V R
21037 @tindex fixp
21038 @cindex Fixed points
21039 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
21040 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
21041 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
21042 no longer changes.
21044 @kindex H I V U
21045 @tindex afixp
21046 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
21047 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
21048 the last element will be the final result that would have been returned
21049 by @code{fixp}.
21051 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
21052 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
21053 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
21054 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
21055 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
21056 to converge to 0.739085.)
21058 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
21059 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
21060 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
21061 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
21062 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 @key{RET}} quickly yields the result
21063 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
21064 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
21066 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
21067 the function until two successive results are equal to within the
21068 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
21069 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
21070 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
21071 applied until two successive results are exactly the same formula.
21072 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
21073 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
21075 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
21076 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
21077 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
21078 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
21079 specified, all results during the calculation must be numbers, not
21080 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
21081 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
21082 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
21083 exactly equal.)
21085 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
21086 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
21087 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
21088 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
21090 @node Generalized Products,  , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
21091 @subsection Generalized Products
21093 @kindex V O
21094 @pindex calc-outer-product
21095 @tindex outer
21096 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
21097 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
21098 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
21099 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
21100 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
21101 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
21102 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
21104 @kindex V I
21105 @pindex calc-inner-product
21106 @tindex inner
21107 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
21108 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
21109 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
21110 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
21111 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
21112 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
21113 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
21114 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
21115 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
21116 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
21117 generalized dot product.
21119 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
21120 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
21121 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
21122 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
21123 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
21125 @node Vector and Matrix Formats,  , Reducing and Mapping, Matrix Functions
21126 @section Vector and Matrix Display Formats
21128 @noindent
21129 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
21130 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
21131 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
21132 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
21133 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
21134 @pxref{Normal Language Modes}.
21136 @kindex V <
21137 @pindex calc-matrix-left-justify
21138 @kindex V =
21139 @pindex calc-matrix-center-justify
21140 @kindex V >
21141 @pindex calc-matrix-right-justify
21142 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
21143 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
21144 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
21145 are justified to the left, right, or center of their columns.
21147 @kindex V [
21148 @pindex calc-vector-brackets
21149 @kindex V @{
21150 @pindex calc-vector-braces
21151 @kindex V (
21152 @pindex calc-vector-parens
21153 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
21154 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
21155 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
21156 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
21157 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
21158 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
21159 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
21160 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
21161 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
21162 and parentheses may never be used for this purpose.
21164 @kindex V ]
21165 @pindex calc-matrix-brackets
21166 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
21167 ``big'' style display of matrices.  It prompts for a string of code
21168 letters; currently implemented letters are @code{R}, which enables
21169 brackets on each row of the matrix; @code{O}, which enables outer
21170 brackets in opposite corners of the matrix; and @code{C}, which
21171 enables commas or semicolons at the ends of all rows but the last.
21172 The default format is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format
21173 was fixed at @samp{ROC}.)  Here are some example matrices:
21175 @example
21176 @group
21177 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
21178   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
21179   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
21181          RO                        ROC
21183 @end group
21184 @end example
21185 @noindent
21186 @example
21187 @group
21188   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
21189      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
21190      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
21192           O                        OC
21194 @end group
21195 @end example
21196 @noindent
21197 @example
21198 @group
21199   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
21200   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
21201   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
21203           R                       @r{blank}
21204 @end group
21205 @end example
21207 @noindent
21208 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
21209 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
21210 the others are useful for display only.
21212 @kindex V ,
21213 @pindex calc-vector-commas
21214 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
21215 off in vector and matrix display.
21217 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
21218 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
21219 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
21220 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
21221 variables with commas turned off.  Calc will display the former
21222 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
21223 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
21224 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
21225 give to @kbd{v ]} (as described above).
21227 @kindex V .
21228 @pindex calc-full-vectors
21229 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
21230 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
21231 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
21232 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
21233 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
21234 When very large vectors are involved this will substantially
21235 improve Calc's display speed.
21237 @kindex t .
21238 @pindex calc-full-trail-vectors
21239 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
21240 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
21241 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
21242 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
21243 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
21244 unable to recover those vectors.  If you are working with very
21245 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
21246 that involve the trail.
21248 @kindex V /
21249 @pindex calc-break-vectors
21250 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
21251 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
21252 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
21253 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
21254 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
21255 vectors will still use the normal linear form.
21257 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
21258 @chapter Algebra
21260 @noindent
21261 This section covers the Calc features that help you work with
21262 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
21263 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
21264 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
21265 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
21266 is discussed.
21268 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
21269 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
21270 for anything else'') prefix.
21272 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
21273 using regular Emacs editing commands.
21275 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
21276 modes to be helpful, including Algebraic Simplification mode (@kbd{m A})
21277 or No-Simplification mode (@kbd{m O}),
21278 Algebraic entry mode (@kbd{m a}), Fraction mode (@kbd{m f}), and
21279 Symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
21280 of these modes.  You may also wish to select Big display mode (@kbd{d B}).
21281 @xref{Normal Language Modes}.
21283 @menu
21284 * Selecting Subformulas::
21285 * Algebraic Manipulation::
21286 * Simplifying Formulas::
21287 * Polynomials::
21288 * Calculus::
21289 * Solving Equations::
21290 * Numerical Solutions::
21291 * Curve Fitting::
21292 * Summations::
21293 * Logical Operations::
21294 * Rewrite Rules::
21295 @end menu
21297 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
21298 @section Selecting Sub-Formulas
21300 @noindent
21301 @cindex Selections
21302 @cindex Sub-formulas
21303 @cindex Parts of formulas
21304 When working with an algebraic formula it is often necessary to
21305 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
21306 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
21307 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
21308 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
21309 surrounding part of the stack entry alone.
21311 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
21312 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
21313 ``sub-formula'' of the vector.
21315 @menu
21316 * Making Selections::
21317 * Changing Selections::
21318 * Displaying Selections::
21319 * Operating on Selections::
21320 * Rearranging with Selections::
21321 @end menu
21323 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
21324 @subsection Making Selections
21326 @noindent
21327 @kindex j s
21328 @pindex calc-select-here
21329 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
21330 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
21331 highlight the smallest portion of the formula that contains that
21332 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
21333 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
21334 display mode but is perhaps easiest in Big mode (@kbd{d B}).
21335 Suppose you enter the following formula:
21337 @smallexample
21338 @group
21339            3    ___
21340     (a + b)  + V c
21341 1:  ---------------
21342         2 x + 1
21343 @end group
21344 @end smallexample
21346 @noindent
21347 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
21348 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
21351 @smallexample
21352 @group
21353            .    ...
21354     .. . b.  . . .
21355 1*  ...............
21356         . . . .
21357 @end group
21358 @end smallexample
21360 @noindent
21361 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
21362 to a dot.  The @samp{*} next to the line number is to remind you that
21363 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
21364 obvious, but it might not always be.  If Embedded mode is enabled,
21365 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
21366 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
21368 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
21369 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
21371 @smallexample
21372 @group
21373            .    ...
21374     (a + b)  . . .
21375 1*  ...............
21376         . . . .
21377 @end group
21378 @end smallexample
21380 @noindent
21381 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21382 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21383 formula that it encloses.  Putting the cursor on the @samp{+} sign
21384 would have had the same effect.
21386 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21387 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21388 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21389 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21391 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21392 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21393 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21394 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21395 and so on.
21397 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21398 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21400 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21401 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21402 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21403 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21404 cursor on any stack entry.
21406 @kindex j a
21407 @pindex calc-select-additional
21408 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21409 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21410 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21411 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21412 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21413 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21415 @kindex j o
21416 @pindex calc-select-once
21417 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21418 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21419 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21420 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21421 by the cursor.
21423 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21424 such that the next command involving selected stack entries will clear
21425 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21426 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21428 @kindex j S
21429 @kindex j O
21430 @pindex calc-select-here-maybe
21431 @pindex calc-select-once-maybe
21432 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21433 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21434 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21435 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21436 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21437 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21438 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21439 commands.
21441 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21442 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21443 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21444 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21445 entire four-term sum.
21447 @kindex j b
21448 @pindex calc-break-selections
21449 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21450 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21451 through.  Calc actually stores the above formulas as 
21452 @samp{((a + b) - c) + d} and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain 
21453 obscure reasons, by default Calc treats multiplication as
21454 right-associative.)  Once you have enabled @kbd{j b} mode, selecting
21455 with the cursor on the @samp{-} sign would only select the @samp{a + b -
21456 c} portion, which makes sense when the deep structure of the sum is
21457 considered.  There is no way to select the @samp{b - c + d} portion;
21458 although this might initially look like just as legitimate a sub-formula
21459 as @samp{a + b - c}, the deep structure shows that it isn't.  The @kbd{d
21460 U} command can be used to view the deep structure of any formula
21461 (@pxref{Normal Language Modes}).
21463 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21464 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21465 you get.
21467 @kindex j u
21468 @pindex calc-unselect
21469 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21470 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21471 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21472 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21473 position.
21475 @kindex j c
21476 @pindex calc-clear-selections
21477 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21478 stack elements.
21480 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21481 @subsection Changing Selections
21483 @noindent
21484 @kindex j m
21485 @pindex calc-select-more
21486 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21487 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21488 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21490 @smallexample
21491 @group
21492            3    ...                3    ___                3    ___
21493     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21494 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21495         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21496 @end group
21497 @end smallexample
21499 @noindent
21500 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21501 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21502 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21504 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21505 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21506 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21507 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21508 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21510 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21511 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21512 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21513 is not on any stack element operates on the top stack element.
21515 @kindex j l
21516 @pindex calc-select-less
21517 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21518 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21519 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21520 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21521 current selection, the command de-selects the formula.
21523 @kindex j 1-9
21524 @pindex calc-select-part
21525 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21526 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21527 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21528 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21529 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21530 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21531 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21532 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21534 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21535 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21536 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21537 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21538 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.
21540 @kindex j n
21541 @kindex j p
21542 @pindex calc-select-next
21543 @pindex calc-select-previous
21544 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21545 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21546 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21547 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21548 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21549 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21550 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21551 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21552 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21553 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21555 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21556 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21557 arguments to move several steps at a time.
21559 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21560 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21561 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21562 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21563 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21564 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21565 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21566 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21567 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21569 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21570 @subsection Displaying Selections
21572 @noindent
21573 @kindex j d
21574 @pindex calc-show-selections
21575 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21576 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21577 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21578 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21579 by @samp{#} signs:
21581 @smallexample
21582 @group
21583            3    ...                  #    ___
21584     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21585 1*  ...............       1*  ---------------
21586         . . . .                   2 x + 1
21587 @end group
21588 @end smallexample
21590 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21591 @subsection Operating on Selections
21593 @noindent
21594 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21595 on the stack will operate on the selected portions of the items
21596 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21597 at once, though there can be only one selection at a time in any
21598 given stack element.)
21600 @kindex j e
21601 @pindex calc-enable-selections
21602 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21603 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21604 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21605 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21606 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21607 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21609 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21610 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21611 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21612 element.
21614 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21615 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21616 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21617 the selected portion of the formula, returning the old selected
21618 portion to the top of the stack.
21620 @smallexample
21621 @group
21622            3    ...                    ...                    ___
21623     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21624 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21625         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21627                                     3                      3
21628 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21629 @end group
21630 @end smallexample
21632 In this example we select a sub-formula of our original example,
21633 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21634 the complete, edited formula.
21636 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21637 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21639 @kindex j '
21640 @pindex calc-enter-selection
21641 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21642 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21643 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21644 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21645 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21646 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21647 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21648 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21649 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21651 @kindex j `
21652 @pindex calc-edit-selection
21653 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21654 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21655 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21656 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21658 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21659 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21660 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21661 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21663 @smallexample
21664 @group
21665               ###
21666     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21667 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21668        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21669 @end group
21670 @end smallexample
21672 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21673 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21674 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21675 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21676 and resimplifies.
21678 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21679 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21680 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21682 @kindex j @key{DEL}
21683 @pindex calc-del-selection
21684 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21685 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21686 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21687 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21688 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21690 @kindex j @key{RET}
21691 @pindex calc-grab-selection
21692 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21693 command.)
21695 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21696 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21697 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21698 press @kbd{Q} to take the square root.
21700 @smallexample
21701 @group
21702      .. .           .. .           .. .             .. .
21703 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21704     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21705                                                  V 4 - 2 x
21706 @end group
21707 @end smallexample
21709 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21710 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21711 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21712 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21713 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21714 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21715 the command will abort with an error message.
21717 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21718 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21719 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21720 (@code{calc-change-sign}).
21722 @smallexample
21723 @group
21724        .. .                .. .
21725 1*  ..........      1*  ...........
21726      .........           ..........
21727     . . . 2 x           . . . -2 x
21728 @end group
21729 @end smallexample
21731 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21732 normally have cancelled out with the subtraction automatically, has
21733 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21734 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21735 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21736 to be simplified.
21738 @smallexample
21739 @group
21740        17 y                17 y
21741 1:  -----------     1:  ----------
21742      __________          _________
21743     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
21744 @end group
21745 @end smallexample
21747 @node Rearranging with Selections,  , Operating on Selections, Selecting Subformulas
21748 @subsection Rearranging Formulas using Selections
21750 @noindent
21751 @kindex j R
21752 @pindex calc-commute-right
21753 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
21754 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
21755 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
21756 rearranged according to the commutative laws of algebra.
21758 As with @kbd{j '} and @kbd{j @key{DEL}}, the term under the cursor is used
21759 if there is no selection in the current formula.  All commands described
21760 in this section share this property.  In this example, we place the
21761 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
21763 @smallexample
21764 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
21765 @end smallexample
21767 @noindent
21768 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
21769 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
21770 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
21771 mathematical meaning of the formula.
21773 The selected term may also be an element of a vector or an argument
21774 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
21775 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
21776 course be drastically changed.
21778 @smallexample
21779 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
21781 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
21782 @end smallexample
21784 @kindex j L
21785 @pindex calc-commute-left
21786 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
21787 except that it swaps the selected term with the one to its left.
21789 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
21790 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
21791 term left or right past the end of its enclosing formula.
21792 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
21793 selected term as far as possible in the given direction.
21795 @kindex j D
21796 @pindex calc-sel-distribute
21797 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
21798 sum or product into the surrounding formula using the distributive
21799 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
21800 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
21801 products or quotients into surrounding powers, and can also do
21802 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
21803 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
21804 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
21806 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
21807 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
21808 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
21809 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
21810 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
21811 times to expand at once; the default is one time only.
21813 @vindex DistribRules
21814 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
21815 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
21816 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
21817 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
21818 displays and edits the stored value of a variable.  Press @kbd{C-c C-c}
21819 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
21820 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
21822 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
21823 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
21824 this variable's value permanently for future Calc sessions.
21825 @xref{Operations on Variables}.
21827 @kindex j M
21828 @pindex calc-sel-merge
21829 @vindex MergeRules
21830 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
21831 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
21832 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
21833 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
21834 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
21835 the relevant rules.
21837 @kindex j C
21838 @pindex calc-sel-commute
21839 @vindex CommuteRules
21840 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
21841 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
21842 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
21843 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
21844 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
21845 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
21846 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
21847 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
21848 in the variable @code{CommuteRules}.
21850 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
21851 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
21852 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
21853 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
21854 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
21855 manipulations described in this section.
21857 @kindex j N
21858 @pindex calc-sel-negate
21859 @vindex NegateRules
21860 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
21861 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
21862 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
21863 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
21864 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
21865 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
21866 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
21867 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
21869 @kindex j &
21870 @pindex calc-sel-invert
21871 @vindex InvertRules
21872 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
21873 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
21874 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
21875 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
21877 @kindex j E
21878 @pindex calc-sel-jump-equals
21879 @vindex JumpRules
21880 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
21881 selected term from one side of an equation to the other.  Given
21882 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
21883 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
21884 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
21885 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
21887 @kindex j I
21888 @kindex H j I
21889 @pindex calc-sel-isolate
21890 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
21891 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
21892 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
21893 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
21894 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
21895 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
21896 as well as equations.
21898 @kindex j *
21899 @kindex j /
21900 @pindex calc-sel-mult-both-sides
21901 @pindex calc-sel-div-both-sides
21902 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
21903 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
21904 selected quotient or equation by that formula.  It simplifies each
21905 side with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) before re-forming the
21906 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
21907 providing any numeric prefix argument.  There is also a @kbd{j /}
21908 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
21909 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
21911 As a special feature, if the numerator of the quotient is 1, then
21912 the denominator is expanded at the top level using the distributive
21913 law (i.e., using the @kbd{C-u -1 a x} command).  Suppose the
21914 formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, and you wish
21915 to eliminate the square root in the denominator by multiplying both
21916 sides by @samp{sqrt(a) - 1}.  Calc's default simplifications would
21917 change the result @samp{(sqrt(a) - 1) / (sqrt(a) - 1) (sqrt(a) + 1)}
21918 right back to the original form by cancellation; Calc expands the
21919 denominator to @samp{sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1} to prevent
21920 this.  (You would now want to use an @kbd{a x} command to expand
21921 the rest of the way, whereupon the denominator would cancel out to
21922 the desired form, @samp{a - 1}.)  When the numerator is not 1, this
21923 initial expansion is not necessary because Calc's default
21924 simplifications will not notice the potential cancellation.
21926 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
21927 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
21928 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
21929 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
21930 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
21931 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
21932 will be, it will assume it is positive and display a warning
21933 message.
21935 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
21936 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
21937 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
21938 back by the formula.
21940 @kindex j +
21941 @kindex j -
21942 @pindex calc-sel-add-both-sides
21943 @pindex calc-sel-sub-both-sides
21944 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
21945 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
21946 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
21947 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
21948 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
21949 results.
21951 @kindex j U
21952 @pindex calc-sel-unpack
21953 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
21954 selected function call with its argument.  For example, given
21955 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
21956 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
21957 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
21958 now to take the cosine of the selected part.)
21960 @kindex j v
21961 @pindex calc-sel-evaluate
21962 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
21963 normal default simplifications on the selected sub-formula.
21964 These are the simplifications that are normally done automatically
21965 on all results, but which may have been partially inhibited by
21966 previous selection-related operations, or turned off altogether
21967 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
21968 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
21970 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
21971 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command to the selected
21972 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
21973 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
21974 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
21975 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
21976 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
21977 sub-formula.
21979 @kindex j "
21980 @pindex calc-sel-expand-formula
21981 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
21982 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
21984 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
21985 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
21987 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
21988 @section Algebraic Manipulation
21990 @noindent
21991 The commands in this section perform general-purpose algebraic
21992 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
21993 stack (unless, of course, you have made a selection in that
21994 formula).
21996 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
21997 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
21998 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
21999 from the second-to-top stack level.
22001 @kindex a v
22002 @pindex calc-alg-evaluate
22003 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
22004 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
22005 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
22006 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
22007 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
22008 command.  @xref{Simplification Modes}.
22010 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
22011 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
22012 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
22014 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
22015 as if in Algebraic Simplification mode.  This is equivalent to typing
22016 @kbd{a s}; @pxref{Simplifying Formulas}.  If you give a numeric prefix
22017 of 3 or more, it uses Extended Simplification mode (@kbd{a e}).
22019 If you give a negative prefix argument @mathit{-1}, @mathit{-2}, or @mathit{-3},
22020 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
22021 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
22022 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
22023 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
22024 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
22025 in No-Simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
22026 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
22027 (@xref{Reducing and Mapping}.)
22029 @tindex evalv
22030 @tindex evalvn
22031 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
22032 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
22033 disables Symbolic mode (@kbd{m s}) during the evaluation, corresponds
22034 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
22035 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
22036 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
22037 it as a temporary different working precision.)
22039 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
22040 as an optional second argument.  This argument can be either an
22041 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
22042 a single integer, to adjust the precision relative to the current
22043 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
22044 precision will do the calculation at this higher precision, but the
22045 result will as usual be rounded back down to the current precision
22046 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
22047 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
22048 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
22049 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
22050 will return @samp{9.2654e-5}.
22052 @kindex a "
22053 @pindex calc-expand-formula
22054 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
22055 into their defining formulas wherever possible.  For example,
22056 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
22057 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
22058 and so are unaffected by this command.  One important class of
22059 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
22060 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
22061 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
22062 distribution functions, most of the financial functions, and the
22063 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
22064 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
22065 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
22066 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
22067 top-level function call.
22069 @kindex a M
22070 @pindex calc-map-equation
22071 @tindex mapeq
22072 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
22073 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
22074 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
22075 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
22076 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
22077 @samp{x = y+1} and @expr{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
22078 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
22079 sides together and the righthand sides together to get the two
22080 respective sides of a new equation.
22082 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
22083 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
22084 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
22085 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
22086 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
22087 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
22088 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
22089 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
22090 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the @kbd{a s} command can
22091 then simplify to get @samp{2 < b}.
22093 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
22094 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
22095 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
22096 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
22097 though this is not true for all values of the variables.
22099 @kindex H a M
22100 @tindex mapeqp
22101 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
22102 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
22103 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
22104 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
22105 fixing an inequality which was already incorrect.)
22107 @kindex I a M
22108 @tindex mapeqr
22109 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
22110 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
22111 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
22112 working with small positive angles.
22114 @kindex a b
22115 @pindex calc-substitute
22116 @tindex subst
22117 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
22118 all occurrences
22119 of some variable or sub-expression of an expression with a new
22120 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
22121 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
22122 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
22123 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
22124 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
22125 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
22126 doing substitutions.
22128 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
22129 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
22130 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
22131 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
22132 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
22133 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
22134 target is taken from top-of-stack as usual.
22136 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
22137 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
22138 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
22139 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
22140 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
22141 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
22142 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
22143 these limitations.
22145 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
22146 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
22147 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
22148 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
22149 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
22151 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
22152 @section Simplifying Formulas
22154 @noindent
22155 @kindex a s
22156 @pindex calc-simplify
22157 @tindex simplify
22158 The @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command applies
22159 various algebraic rules to simplify a formula.  This includes rules which
22160 are not part of the default simplifications because they may be too slow
22161 to apply all the time, or may not be desirable all of the time.  For
22162 example, non-adjacent terms of sums are combined, as in @samp{a + b + 2 a}
22163 to @samp{b + 3 a}, and some formulas like @samp{sin(arcsin(x))} are
22164 simplified to @samp{x}.
22166 The sections below describe all the various kinds of algebraic
22167 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
22168 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
22169 they simply apply certain specific rules to put formulas into
22170 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
22171 must be done manually, usually with a combination of selections
22172 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
22173 @xref{Rewrite Rules}.
22175 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
22176 simplification occurs automatically.  Normally only the ``default
22177 simplifications'' occur.
22179 @menu
22180 * Default Simplifications::
22181 * Algebraic Simplifications::
22182 * Unsafe Simplifications::
22183 * Simplification of Units::
22184 @end menu
22186 @node Default Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
22187 @subsection Default Simplifications
22189 @noindent
22190 @cindex Default simplifications
22191 This section describes the ``default simplifications,'' those which are
22192 normally applied to all results.  For example, if you enter the variable
22193 @expr{x} on the stack twice and push @kbd{+}, Calc's default
22194 simplifications automatically change @expr{x + x} to @expr{2 x}.
22196 The @kbd{m O} command turns off the default simplifications, so that
22197 @expr{x + x} will remain in this form unless you give an explicit
22198 ``simplify'' command like @kbd{=} or @kbd{a v}.  @xref{Algebraic
22199 Manipulation}.  The @kbd{m D} command turns the default simplifications
22200 back on.
22202 The most basic default simplification is the evaluation of functions.
22203 For example, @expr{2 + 3} is evaluated to @expr{5}, and @expr{@tfn{sqrt}(9)}
22204 is evaluated to @expr{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
22205 to a function are somehow of the wrong type @expr{@tfn{tan}([2,3,4])}),
22206 range (@expr{@tfn{tan}(90)}), or number (@expr{@tfn{tan}(3,5)}), 
22207 or if the function name is not recognized (@expr{@tfn{f}(5)}), or if
22208 Symbolic mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation
22209 (@expr{@tfn{sqrt}(2)}).
22211 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
22212 simplifies the function itself.  Thus @expr{@tfn{sqrt}(5+4)} is
22213 simplified to @expr{@tfn{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
22214 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
22215 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
22216 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
22217 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
22218 does not evaluate its lefthand argument.
22220 Most commands apply the default simplifications to all arguments they
22221 take from the stack, perform a particular operation, then simplify
22222 the result before pushing it back on the stack.  In the common special
22223 case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and @kbd{Q} [@code{sqrt}],
22224 the arguments are simply popped from the stack and collected into a
22225 suitable function call, which is then simplified (the arguments being
22226 simplified first as part of the process, as described above).
22228 The default simplifications are too numerous to describe completely
22229 here, but this section will describe the ones that apply to the
22230 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
22231 nature, and will probably be interesting to you only if you are
22232 a serious user of Calc's algebra facilities.
22234 @tex
22235 \bigskip
22236 @end tex
22238 As well as the simplifications described here, if you have stored
22239 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
22240 will also be applied before any built-in default simplifications.
22241 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
22243 @tex
22244 \bigskip
22245 @end tex
22247 And now, on with the default simplifications:
22249 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
22250 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
22251 more terms are arranged by the associative law of algebra into
22252 a left-associative form for sums, @expr{((a + b) + c) + d}, and
22253 (by default) a right-associative form for products, 
22254 @expr{a * (b * (c * d))}.  Formulas like @expr{(a + b) + (c + d)} are
22255 rearranged to left-associative form, though this rarely matters since
22256 Calc's algebra commands are designed to hide the inner structure of sums
22257 and products as much as possible.  Sums and products in their proper
22258 associative form will be written without parentheses in the examples
22259 below.
22261 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
22262 commutative law (@expr{a + b} to @expr{b + a}) except in a few
22263 special cases described below.  Some algebra programs always
22264 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
22265 see that @expr{a b + b a} can be simplified to @expr{2 a b}.
22266 Calc assumes you have put the terms into the order you want
22267 and generally leaves that order alone, with the consequence
22268 that formulas like the above will only be simplified if you
22269 explicitly give the @kbd{a s} command.  @xref{Algebraic
22270 Simplifications}.
22272 Differences @expr{a - b} are treated like sums @expr{a + (-b)}
22273 for purposes of simplification; one of the default simplifications
22274 is to rewrite @expr{a + (-b)} or @expr{(-b) + a}, where @expr{-b}
22275 represents a ``negative-looking'' term, into @expr{a - b} form.
22276 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
22277 @expr{-x}, and products or quotients in which either term is
22278 negative-looking.
22280 Other simplifications involving negation are @expr{-(-x)} to @expr{x};
22281 @expr{-(a b)} or @expr{-(a/b)} where either @expr{a} or @expr{b} is
22282 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
22283 @expr{a} or @expr{b} is any number, by negating that number;
22284 @expr{-(a + b)} to @expr{-a - b}, and @expr{-(b - a)} to @expr{a - b}.
22285 (This, and rewriting @expr{(-b) + a} to @expr{a - b}, are the only
22286 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
22287 simplifications.)
22289 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
22290 @expr{a x + b x} to @expr{(a + b) x}, where @expr{a} represents
22291 a number or an implicit 1 or @mathit{-1} (as in @expr{x} or @expr{-x})
22292 and similarly for @expr{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
22293 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
22294 using the distributive law.
22296 The distributive law is only used for sums of two terms, or
22297 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @expr{a + b + b + c}
22298 is simplified to @expr{a + 2 b + c}, but @expr{a + b + c + b}
22299 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
22300 sum with one another would require time proportional to the
22301 square of the number of terms; Calc relegates potentially slow
22302 operations like this to commands that have to be invoked
22303 explicitly, like @kbd{a s}.
22305 Finally, @expr{a + 0} and @expr{0 + a} are simplified to @expr{a}.
22306 A consequence of the above rules is that @expr{0 - a} is simplified
22307 to @expr{-a}.
22309 @tex
22310 \bigskip
22311 @end tex
22313 The products @expr{1 a} and @expr{a 1} are simplified to @expr{a};
22314 @expr{(-1) a} and @expr{a (-1)} are simplified to @expr{-a};
22315 @expr{0 a} and @expr{a 0} are simplified to @expr{0}, except that
22316 in Matrix mode where @expr{a} is not provably scalar the result
22317 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @expr{a} is
22318 infinite the result is @samp{nan}.
22320 Also, @expr{(-a) b} and @expr{a (-b)} are simplified to @expr{-(a b)},
22321 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
22322 numbers.
22324 Products are commuted only to move numbers to the front:
22325 @expr{a b 2} is commuted to @expr{2 a b}.
22327 The product @expr{a (b + c)} is distributed over the sum only if
22328 @expr{a} and at least one of @expr{b} and @expr{c} are numbers:
22329 @expr{2 (x + 3)} goes to @expr{2 x + 6}.  The formula
22330 @expr{(-a) (b - c)}, where @expr{-a} is a negative number, is
22331 rewritten to @expr{a (c - b)}.
22333 The distributive law of products and powers is used for adjacent
22334 terms of the product: @expr{x^a x^b} goes to 
22335 @texline @math{x^{a+b}}
22336 @infoline @expr{x^(a+b)}
22337 where @expr{a} is a number, or an implicit 1 (as in @expr{x}),
22338 or the implicit one-half of @expr{@tfn{sqrt}(x)}, and similarly for
22339 @expr{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
22340 if the sum of the powers is @expr{1/2} or @expr{-1/2}, respectively.
22341 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
22342 @expr{1} or to @samp{idn(1)} if Matrix mode is enabled.
22344 The product of a negative power times anything but another negative
22345 power is changed to use division:  
22346 @texline @math{x^{-2} y}
22347 @infoline @expr{x^(-2) y} 
22348 goes to @expr{y / x^2} unless Matrix mode is
22349 in effect and neither @expr{x} nor @expr{y} are scalar (in which
22350 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
22352 Finally, @expr{a (b/c)} is rewritten to @expr{(a b)/c}, and also
22353 @expr{(a/b) c} is changed to @expr{(a c)/b} unless in Matrix mode.
22355 @tex
22356 \bigskip
22357 @end tex
22359 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
22360 The quotient @expr{0 / x} is simplified to @expr{0}, with the same
22361 exceptions that were noted for @expr{0 x}.  Likewise, @expr{x / 1}
22362 and @expr{x / (-1)} are simplified to @expr{x} and @expr{-x},
22363 respectively.
22365 The quotient @expr{x / 0} is left unsimplified or changed to an
22366 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
22367 @xref{Infinite Mode}.
22369 The expression 
22370 @texline @math{a / b^{-c}}
22371 @infoline @expr{a / b^(-c)} 
22372 is changed to @expr{a b^c}, where @expr{-c} is any negative-looking
22373 power.  Also, @expr{1 / b^c} is changed to 
22374 @texline @math{b^{-c}}
22375 @infoline @expr{b^(-c)} 
22376 for any power @expr{c}.
22378 Also, @expr{(-a) / b} and @expr{a / (-b)} go to @expr{-(a/b)};
22379 @expr{(a/b) / c} goes to @expr{a / (b c)}; and @expr{a / (b/c)}
22380 goes to @expr{(a c) / b} unless Matrix mode prevents this
22381 rearrangement.  Similarly, @expr{a / (b:c)} is simplified to
22382 @expr{(c:b) a} for any fraction @expr{b:c}.
22384 The distributive law is applied to @expr{(a + b) / c} only if
22385 @expr{c} and at least one of @expr{a} and @expr{b} are numbers.
22386 Quotients of powers and square roots are distributed just as
22387 described for multiplication.
22389 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22390 numerator and denominator.  In other words, @expr{a x b / a y b}
22391 is cancelled to @expr{x b / y b} but not to @expr{x / y}.  Once
22392 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22393 to cancel all terms of the quotient.
22395 Quotients of negative-looking values are simplified according
22396 to @expr{(-a) / (-b)} to @expr{a / b}, @expr{(-a) / (b - c)}
22397 to @expr{a / (c - b)}, and @expr{(a - b) / (-c)} to @expr{(b - a) / c}.
22399 @tex
22400 \bigskip
22401 @end tex
22403 The formula @expr{x^0} is simplified to @expr{1}, or to @samp{idn(1)}
22404 in Matrix mode.  The formula @expr{0^x} is simplified to @expr{0}
22405 unless @expr{x} is a negative number, complex number or zero.
22406 If @expr{x} is negative, complex or @expr{0.0}, @expr{0^x} is an
22407 infinity or an unsimplified formula according to the current infinite
22408 mode.  The expression @expr{0^0} is simplified to @expr{1}.
22410 Powers of products or quotients @expr{(a b)^c}, @expr{(a/b)^c}
22411 are distributed to @expr{a^c b^c}, @expr{a^c / b^c} only if @expr{c}
22412 is an integer, or if either @expr{a} or @expr{b} are nonnegative
22413 real numbers.  Powers of powers @expr{(a^b)^c} are simplified to
22414 @texline @math{a^{b c}}
22415 @infoline @expr{a^(b c)} 
22416 only when @expr{c} is an integer and @expr{b c} also
22417 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22418 would not be safe because of problems with principal values.
22419 (In other words, 
22420 @texline @math{((-3)^{1/2})^2}
22421 @infoline @expr{((-3)^1:2)^2} 
22422 is safe to simplify, but
22423 @texline @math{((-3)^2)^{1/2}}
22424 @infoline @expr{((-3)^2)^1:2} 
22425 is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform Calc that your
22426 variables satisfy these requirements.
22428 As a special case of this rule, @expr{@tfn{sqrt}(x)^n} is simplified to
22429 @texline @math{x^{n/2}}
22430 @infoline @expr{x^(n/2)} 
22431 only for even integers @expr{n}.
22433 If @expr{a} is known to be real, @expr{b} is an even integer, and
22434 @expr{c} is a half- or quarter-integer, then @expr{(a^b)^c} is
22435 simplified to @expr{@tfn{abs}(a^(b c))}.
22437 Also, @expr{(-a)^b} is simplified to @expr{a^b} if @expr{b} is an
22438 even integer, or to @expr{-(a^b)} if @expr{b} is an odd integer,
22439 for any negative-looking expression @expr{-a}.
22441 Square roots @expr{@tfn{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22442 @texline @math{x^{1:2}}
22443 @infoline @expr{x^1:2} 
22444 for the purposes of the above-listed simplifications.
22446 Also, note that 
22447 @texline @math{1 / x^{1:2}}
22448 @infoline @expr{1 / x^1:2} 
22449 is changed to 
22450 @texline @math{x^{-1:2}},
22451 @infoline @expr{x^(-1:2)},
22452 but @expr{1 / @tfn{sqrt}(x)} is left alone.
22454 @tex
22455 \bigskip
22456 @end tex
22458 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22459 following rules:  @expr{@tfn{idn}(a) + b} to @expr{a + b} if @expr{b}
22460 is provably scalar, or expanded out if @expr{b} is a matrix;
22461 @expr{@tfn{idn}(a) + @tfn{idn}(b)} to @expr{@tfn{idn}(a + b)}; 
22462 @expr{-@tfn{idn}(a)} to @expr{@tfn{idn}(-a)}; @expr{a @tfn{idn}(b)} to 
22463 @expr{@tfn{idn}(a b)} if @expr{a} is provably scalar, or to @expr{a b} 
22464 if @expr{a} is provably non-scalar;  @expr{@tfn{idn}(a) @tfn{idn}(b)} to
22465 @expr{@tfn{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients involving
22466 @code{idn}; and @expr{@tfn{idn}(a)^n} to @expr{@tfn{idn}(a^n)} where
22467 @expr{n} is an integer.
22469 @tex
22470 \bigskip
22471 @end tex
22473 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22474 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22475 @expr{@tfn{floor}(@tfn{round}(x))} simplifies to @expr{@tfn{round}(x)}.
22476 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22477 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22478 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22480 The expression @expr{@tfn{abs}(-x)} changes to @expr{@tfn{abs}(x)}.
22481 The expression @expr{@tfn{abs}(@tfn{abs}(x))} changes to
22482 @expr{@tfn{abs}(x)};  in fact, @expr{@tfn{abs}(x)} changes to @expr{x} or
22483 @expr{-x} if @expr{x} is provably nonnegative or nonpositive
22484 (@pxref{Declarations}). 
22486 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22487 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22488 @expr{@tfn{arg}(@tfn{i})} and @expr{@tfn{arg}(-@tfn{i})} just for convenience.
22490 The expression @expr{@tfn{conj}(@tfn{conj}(x))} simplifies to @expr{x}.
22491 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22492 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22493 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22494 @expr{@tfn{conj}(a + b i)} is changed to 
22495 @expr{@tfn{conj}(a) - @tfn{conj}(b) i},  or to @expr{a - b i} if @expr{a}
22496 and @expr{b} are known to be real.
22498 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22499 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22500 for suitable numeric arguments and infinity.  The @kbd{a s} command
22501 described in the next section does provide some simplifications for
22502 these functions, though.
22504 One important simplification that does occur is that
22505 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e})} is simplified to 1, and @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)} is
22506 simplified to @expr{x} for any @expr{x}.  This occurs even if you have
22507 stored a different value in the Calc variable @samp{e}; but this would
22508 be a bad idea in any case if you were also using natural logarithms!
22510 Among the logical functions, @tfn{!(@var{a} <= @var{b})} changes to
22511 @tfn{@var{a} > @var{b}} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22512 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22513 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22514 @expr{!!x} to @expr{x}, this would not be valid in general because
22515 @expr{!!2} is 1, not 2.
22517 Most other Calc functions have few if any default simplifications
22518 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22519 suitable numbers.
22521 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Default Simplifications, Simplifying Formulas
22522 @subsection Algebraic Simplifications
22524 @noindent
22525 @cindex Algebraic simplifications
22526 The @kbd{a s} command makes simplifications that may be too slow to
22527 do all the time, or that may not be desirable all of the time.
22528 If you find these simplifications are worthwhile, you can type
22529 @kbd{m A} to have Calc apply them automatically.
22531 This section describes all simplifications that are performed by
22532 the @kbd{a s} command.  Note that these occur in addition to the
22533 default simplifications; even if the default simplifications have
22534 been turned off by an @kbd{m O} command, @kbd{a s} will turn them
22535 back on temporarily while it simplifies the formula.
22537 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22538 to be applied by @kbd{a s}.  Its use is analogous to @code{EvalRules},
22539 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22540 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22541 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22542 the built-in rules described below.  If the result is different from
22543 the original expression, the process repeats with the default
22544 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22545 then the built-in simplifications, and so on.
22547 @tex
22548 \bigskip
22549 @end tex
22551 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22552 end of the sum, so that @expr{a + 2 + b} changes to @expr{a + b + 2}.
22553 The only exception is that a constant will not be commuted away
22554 from the first position of a difference, i.e., @expr{2 - x} is not
22555 commuted to @expr{-x + 2}.
22557 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22558 @expr{x + y + 2 x} to @expr{y + 3 x}.  This always occurs for
22559 adjacent terms, but @kbd{a s} compares all pairs of terms including
22560 non-adjacent ones.
22562 @tex
22563 \bigskip
22564 @end tex
22566 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22567 law.  For example, @expr{b c a} is commuted to @expr{a b c}.
22568 This allows easier comparison of products; for example, the default
22569 simplifications will not change @expr{x y + y x} to @expr{2 x y},
22570 but @kbd{a s} will; it first rewrites the sum to @expr{x y + x y},
22571 and then the default simplifications are able to recognize a sum
22572 of identical terms.
22574 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22575 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22576 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22577 command uses the same ordering when sorting a vector.
22579 Sorting of terms of products is inhibited when Matrix mode is
22580 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22581 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22583 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22584 terms, using the same method that the default simplifications
22585 use for adjacent terms of products.
22587 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22588 taken into account when terms of a product are being compared.
22589 Thus @expr{(x + y) (y + x)} will be simplified to @expr{(x + y)^2}.
22590 A subtle point is that @expr{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22591 be simplified to @expr{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22592 one term can be written as a constant times the other, even if
22593 that constant is @mathit{-1}.
22595 A fraction times any expression, @expr{(a:b) x}, is changed to
22596 a quotient involving integers:  @expr{a x / b}.  This is not
22597 done for floating-point numbers like @expr{0.5}, however.  This
22598 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22599 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22601 @tex
22602 \bigskip
22603 @end tex
22605 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22606 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22607 the distributive law.  For example, @expr{a x^2 b / c x^3 d} will
22608 cancel @expr{x^2} from the top and bottom to get @expr{a b / c x d}.
22609 (The terms in the denominator will then be rearranged to @expr{c d x}
22610 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22611 factor in the numerator and denominator, it is cancelled out;
22612 for example, @expr{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @expr{(2 x + 3) / 4 x}.
22614 Non-constant common factors are not found even by @kbd{a s}.  To
22615 cancel the factor @expr{a} in @expr{(a x + a) / a^2} you could first
22616 use @kbd{j M} on the product @expr{a x} to Merge the numerator to
22617 @expr{a (1+x)}, which can then be simplified successfully.
22619 @tex
22620 \bigskip
22621 @end tex
22623 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22624 to the identity @expr{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22625 than the complex number @expr{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22626 will no longer occur.  This is done by @kbd{a s} instead of by default
22627 in case someone (unwisely) uses the name @code{i} for a variable
22628 unrelated to complex numbers; it would be unfortunate if Calc
22629 quietly and automatically changed this formula for reasons the
22630 user might not have been thinking of.
22632 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22633 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22634 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22635 pulled out so that @expr{@tfn{sqrt}(8)} is rewritten as
22636 @texline @math{2\,@tfn{sqrt}(2)}.
22637 @infoline @expr{2 sqrt(2)}.  
22638 Conceptually speaking this implies factoring the argument into primes
22639 and moving pairs of primes out of the square root, but for reasons of
22640 efficiency Calc only looks for primes up to 29.
22642 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22643 numerator:  @expr{1 / @tfn{sqrt}(3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(3) / 3}.
22644 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22645 @expr{@tfn{sqrt}(2:3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(6) / 3}.
22647 @tex
22648 \bigskip
22649 @end tex
22651 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22652 when the modulus @expr{M} is a positive real number.  First, if
22653 the argument is of the form @expr{x + n} for some real number
22654 @expr{n}, then @expr{n} is itself reduced modulo @expr{M}.  For
22655 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22657 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22658 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22659 cancelled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22660 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22661 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22662 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22663 about modulo forms in the presence of declarations.
22665 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22666 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22667 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22668 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22669 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22670 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22671 declared to be an integer.
22673 @tex
22674 \bigskip
22675 @end tex
22677 Trigonometric functions are simplified in several ways.  Whenever a
22678 products of two trigonometric functions can be replaced by a single
22679 function, the replacement is made; for example,
22680 @expr{@tfn{tan}(x) @tfn{cos}(x)} is simplified to @expr{@tfn{sin}(x)}. 
22681 Reciprocals of trigonometric functions are replaced by their reciprocal
22682 function; for example, @expr{1/@tfn{sec}(x)} is simplified to
22683 @expr{@tfn{cos}(x)}.  The corresponding simplifications for the
22684 hyperbolic functions are also handled.
22686 Trigonometric functions of their inverse functions are
22687 simplified. The expression @expr{@tfn{sin}(@tfn{arcsin}(x))} is
22688 simplified to @expr{x}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.  
22689 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22690 functions can also be simplified, as in @expr{@tfn{sin}(@tfn{arccos}(x))}
22691 to @expr{@tfn{sqrt}(1 - x^2)}.
22693 If the argument to @code{sin} is negative-looking, it is simplified to
22694 @expr{-@tfn{sin}(x)}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.
22695 Finally, certain special values of the argument are recognized;
22696 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22698 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22699 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22700 hyperbolic functions.
22702 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22703 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22704 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22705 @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22706 @expr{x}, since this only correct within an integer multiple of 
22707 @texline @math{2 \pi}
22708 @infoline @expr{2 pi} 
22709 radians or 360 degrees.  However, @expr{@tfn{arcsinh}(@tfn{sinh}(x))} is
22710 simplified to @expr{x} if @expr{x} is known to be real.
22712 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22713 are that @expr{@tfn{exp}(@tfn{ln}(x))}, 
22714 @texline @tfn{e}@math{^{\ln(x)}},
22715 @infoline @expr{e^@tfn{ln}(x)}, 
22717 @texline @math{10^{{\rm log10}(x)}}
22718 @infoline @expr{10^@tfn{log10}(x)} 
22719 all reduce to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))}, etc., can
22720 reduce to @expr{x} if @expr{x} is provably real.  The form
22721 @expr{@tfn{exp}(x)^y} is simplified to @expr{@tfn{exp}(x y)}.  If @expr{x}
22722 is a suitable multiple of 
22723 @texline @math{\pi i} 
22724 @infoline @expr{pi i}
22725 (as described above for the trigonometric functions), then
22726 @expr{@tfn{exp}(x)} or @expr{e^x} will be expanded.  Finally,
22727 @expr{@tfn{ln}(x)} is simplified to a form involving @code{pi} and
22728 @code{i} where @expr{x} is provably negative, positive imaginary, or
22729 negative imaginary. 
22731 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22732 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22733 function.
22735 @tex
22736 \bigskip
22737 @end tex
22739 Equations and inequalities are simplified by cancelling factors
22740 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
22741 change sign if a negative multiplicative factor is cancelled.
22742 Non-constant multiplicative factors as in @expr{a b = a c} are
22743 cancelled from equations only if they are provably nonzero (generally
22744 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
22745 are cancelled from inequalities only if they are nonzero and their
22746 sign is known.
22748 Simplification also replaces an equation or inequality with
22749 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
22750 declarations.  If @expr{x} is declared to be an integer greater
22751 than 5, then @expr{x < 3}, @expr{x = 3}, and @expr{x = 7.5} are
22752 all simplified to 0, but @expr{x > 3} is simplified to 1.
22753 By a similar analysis, @expr{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
22754 as is @expr{x^2 >= 0} if @expr{x} is known to be real.
22756 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
22757 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
22759 @noindent
22760 @cindex Unsafe simplifications
22761 @cindex Extended simplification
22762 @kindex a e
22763 @pindex calc-simplify-extended
22764 @ignore
22765 @mindex esimpl@idots
22766 @end ignore
22767 @tindex esimplify
22768 The @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
22769 is like @kbd{a s}
22770 except that it applies some additional simplifications which are not
22771 ``safe'' in all cases.  Use this only if you know the values in your
22772 formula lie in the restricted ranges for which these simplifications
22773 are valid.  The symbolic integrator uses @kbd{a e};
22774 one effect of this is that the integrator's results must be used with
22775 caution.  Where an integral table will often attach conditions like
22776 ``for positive @expr{a} only,'' Calc (like most other symbolic
22777 integration programs) will simply produce an unqualified result.
22779 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
22780 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
22781 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
22782 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
22783 to any specific part of a formula.
22785 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied by
22786 the @kbd{a e} command.  These are applied in addition to
22787 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
22788 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
22790 Following is a complete list of ``unsafe'' simplifications performed
22791 by @kbd{a e}.
22793 @tex
22794 \bigskip
22795 @end tex
22797 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
22798 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified
22799 by @kbd{a e}.  For example, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} changes
22800 to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{cos}(x))} and
22801 @expr{@tfn{arccos}(@tfn{sin}(x))} both change to @expr{@tfn{pi}/2 - x}.
22802 These simplifications are unsafe because they are valid only for
22803 values of @expr{x} in a certain range; outside that range, values
22804 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
22805 functions always produce.
22807 Powers of powers @expr{(x^a)^b} are simplified to 
22808 @texline @math{x^{a b}}
22809 @infoline @expr{x^(a b)}
22810 for all @expr{a} and @expr{b}.  These results will be valid only
22811 in a restricted range of @expr{x}; for example, in 
22812 @texline @math{(x^2)^{1:2}}
22813 @infoline @expr{(x^2)^1:2}
22814 the powers cancel to get @expr{x}, which is valid for positive values
22815 of @expr{x} but not for negative or complex values.
22817 Similarly, @expr{@tfn{sqrt}(x^a)} and @expr{@tfn{sqrt}(x)^a} are both
22818 simplified (possibly unsafely) to 
22819 @texline @math{x^{a/2}}.
22820 @infoline @expr{x^(a/2)}.
22822 Forms like @expr{@tfn{sqrt}(1 - sin(x)^2)} are simplified to, e.g.,
22823 @expr{@tfn{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
22824 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
22826 Arguments of square roots are partially factored to look for
22827 squared terms that can be extracted.  For example,
22828 @expr{@tfn{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to 
22829 @expr{a b @tfn{sqrt}(a+b)}.
22831 The simplifications of @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))},
22832 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)}, and @expr{@tfn{log10}(10^x)} to @expr{x} are also
22833 unsafe because of problems with principal values (although these
22834 simplifications are safe if @expr{x} is known to be real).
22836 Common factors are cancelled from products on both sides of an
22837 equation, even if those factors may be zero:  @expr{a x / b x}
22838 to @expr{a / b}.  Such factors are never cancelled from
22839 inequalities:  Even @kbd{a e} is not bold enough to reduce
22840 @expr{a x < b x} to @expr{a < b} (or @expr{a > b}, depending
22841 on whether you believe @expr{x} is positive or negative).
22842 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
22843 both sides of an inequality.
22845 @node Simplification of Units,  , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
22846 @subsection Simplification of Units
22848 @noindent
22849 The simplifications described in this section are applied by the
22850 @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command.  These are in addition
22851 to the regular @kbd{a s} (but not @kbd{a e}) simplifications described
22852 earlier.  @xref{Basic Operations on Units}.
22854 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
22855 the @kbd{u s} command.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
22856 and @code{AlgSimpRules}.
22858 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
22859 @xref{Matrix Mode}.
22861 Sums @expr{a + b} involving units are simplified by extracting the
22862 units of @expr{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
22863 @expr{u_a}), then simplifying the expression @expr{b / u_a}
22864 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
22865 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
22866 in terms of the units @expr{u_a}.
22868 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
22869 which the first argument is a number which is out of range for the
22870 leading unit are modified accordingly.
22872 When cancelling and combining units in products and quotients,
22873 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
22874 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
22875 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
22876 are not combined in this way.
22878 Quotients @expr{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
22879 if @expr{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
22880 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
22882 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
22883 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
22884 units of area) then they are replaced by the ratio between those
22885 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
22886 @samp{in / cm} will be replaced by @expr{2.54}.
22888 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
22889 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
22890 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
22892 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
22893 @expr{(a b)^c} to @expr{a^c b^c}, @expr{(a/b)^c} to @expr{a^c / b^c},
22894 and @expr{(a^b)^c} to 
22895 @texline @math{a^{b c}}
22896 @infoline @expr{a^(b c)} 
22897 are done if the powers are real numbers.  (These are safe in the context
22898 of units because all numbers involved can reasonably be assumed to be
22899 real.)
22901 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
22902 base units in that unit name all occur to powers which are a
22903 multiple of the denominator of the power, then the unit name
22904 is expanded out into its base units, which can then be simplified
22905 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
22906 is simplified by noting that @expr{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
22907 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
22908 @code{m} is a multiple of 2 in @expr{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
22909 replaced by approximately 
22910 @texline @math{(4046 m^2)^{1.5}}
22911 @infoline @expr{(4046 m^2)^1.5}, 
22912 which is then changed to 
22913 @texline @math{4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}},
22914 @infoline @expr{4046^1.5 (m^2)^1.5}, 
22915 then to @expr{257440 m^3}.
22917 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
22918 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
22919 applied to unit names or products or quotients involving units, are
22920 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
22921 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
22922 and the righthand term simplifies to @code{in}.
22924 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
22925 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
22926 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
22927 with the angular mode temporarily set to radians.
22929 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
22930 @section Polynomials
22932 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
22933 various powers of a ``base'' variable.  For example, @expr{2 x^2 + 3 x - 4}
22934 is a polynomial in @expr{x}.  Some formulas can be considered
22935 polynomials in several different variables:  @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
22936 is a polynomial in both @expr{x} and @expr{y}.  Polynomial coefficients
22937 are often numbers, but they may in general be any formulas not
22938 involving the base variable.
22940 @kindex a f
22941 @pindex calc-factor
22942 @tindex factor
22943 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
22944 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
22945 @expr{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
22946 example, @expr{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
22947 @expr{(a + b) (c + d)}.
22949 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
22950 linear in several variables, such as the second example above, are
22951 merged according to the distributive law.  Formulas which are
22952 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
22953 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
22954 terms.  The first example above factors into three linear terms
22955 (@expr{x}, @expr{x+1}, and @expr{x+1} again).  Finally, formulas
22956 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
22957 rewrite mechanism.
22959 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
22960 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
22961 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
22962 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
22963 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
22964 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
22965 integers (whose number of digits approaches the current precision).
22966 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
22967 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
22968 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
22969 version of Calc.)
22971 @vindex FactorRules
22972 @ignore
22973 @starindex
22974 @end ignore
22975 @tindex thecoefs
22976 @ignore
22977 @starindex
22978 @end ignore
22979 @ignore
22980 @mindex @idots
22981 @end ignore
22982 @tindex thefactors
22983 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
22984 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
22985 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
22986 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
22987 @expr{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
22988 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
22989 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
22990 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
22991 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
22992 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
22993 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
22994 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
22995 Calc then multiplies these terms together to get the complete
22996 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
22997 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
22998 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
22999 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
23000 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
23002 @kindex H a f
23003 @tindex factors
23004 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
23005 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
23006 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
23007 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
23008 @expr{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @expr{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
23009 in @kbd{a f}, or to @expr{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
23010 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
23011 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
23012 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @expr{x} with
23013 respect to the specific variable @expr{v}.  The default is to factor with
23014 respect to all the variables that appear in @expr{x}.
23016 @kindex a c
23017 @pindex calc-collect
23018 @tindex collect
23019 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
23020 formula as a
23021 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
23022 variable.  For example, given @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
23023 the stack, @kbd{a c x} would produce @expr{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
23024 and @kbd{a c y} would produce @expr{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
23025 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
23026 necessary:  Collecting @expr{x} in @expr{(x - 1)^3} produces
23027 @expr{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @expr{x} will
23028 not be expanded.
23030 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
23031 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
23032 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
23033 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
23034 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
23036 @kindex a x
23037 @pindex calc-expand
23038 @tindex expand
23039 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
23040 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
23041 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
23042 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
23043 the distributive law is applied only the specified number of times, then
23044 the partially expanded expression is left on the stack.
23046 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
23047 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
23048 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
23049 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
23050 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
23051 also know many other kinds of expansions, such as
23052 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
23053 do not do.)
23055 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
23056 expansion.  For example, the first step in expanding @expr{(x+1)^3} is
23057 to write @expr{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
23058 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
23059 simplify it back to @expr{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
23060 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
23061 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
23062 the way in one step.
23064 @kindex a a
23065 @pindex calc-apart
23066 @tindex apart
23067 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
23068 rational function by partial fractions.  A rational function is the
23069 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
23070 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
23071 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
23072 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
23073 chooses the base variable automatically.
23075 @kindex a n
23076 @pindex calc-normalize-rat
23077 @tindex nrat
23078 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
23079 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
23080 For example, given @expr{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
23081 @expr{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
23082 @kbd{a n} will simplify @expr{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
23083 out the common factor @expr{x + 1}, yielding @expr{(x + 1) / (x - 1)}.
23085 @kindex a \
23086 @pindex calc-poly-div
23087 @tindex pdiv
23088 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
23089 two polynomials @expr{u} and @expr{v}, yielding a new polynomial
23090 @expr{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
23091 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
23092 with the largest power in @expr{u} first, or, in the case of equal
23093 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
23094 dividing @expr{x^2 + 3 x + 2} by @expr{x + 2} yields @expr{x + 1}.
23095 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
23096 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
23098 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
23099 variable to be used as the base: @code{pdiv(@var{a},@var{b},@var{x})}.
23100 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
23101 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
23102 above.
23104 @kindex a %
23105 @pindex calc-poly-rem
23106 @tindex prem
23107 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
23108 two polynomials and keeps the remainder @expr{r}.  The quotient
23109 @expr{q} is discarded.  For any formulas @expr{a} and @expr{b}, the
23110 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @expr{a = q b + r}.
23111 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
23112 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
23114 @kindex a /
23115 @kindex H a /
23116 @pindex calc-poly-div-rem
23117 @tindex pdivrem
23118 @tindex pdivide
23119 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
23120 divides two polynomials and reports both the quotient and the
23121 remainder as a vector @expr{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
23122 command divides two polynomials and constructs the formula
23123 @expr{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
23124 this will immediately simplify to @expr{q}.)
23126 @kindex a g
23127 @pindex calc-poly-gcd
23128 @tindex pgcd
23129 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
23130 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
23131 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
23132 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
23133 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
23134 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
23135 definition of GCD ensures that this division can take place without
23136 leaving a remainder.)
23138 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
23139 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
23140 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
23141 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
23142 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
23143 automatically transforms this into a polynomial over the field of
23144 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
23146 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
23147 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
23148 polynomial routines used in the above commands.
23150 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
23151 extracting the individual coefficients of a polynomial.
23153 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
23154 @section Calculus
23156 @noindent
23157 The following calculus commands do not automatically simplify their
23158 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
23159 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
23160 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
23161 readable way.
23163 @menu
23164 * Differentiation::
23165 * Integration::
23166 * Customizing the Integrator::
23167 * Numerical Integration::
23168 * Taylor Series::
23169 @end menu
23171 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
23172 @subsection Differentiation
23174 @noindent
23175 @kindex a d
23176 @kindex H a d
23177 @pindex calc-derivative
23178 @tindex deriv
23179 @tindex tderiv
23180 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
23181 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
23182 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
23183 in the formula other than the specified differentiation variable are
23184 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
23185 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
23186 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
23187 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
23188 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
23189 are considered constant, as are variables that have been declared
23190 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
23192 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
23193 @var{n}th derivative.
23195 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
23196 Radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
23197 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
23198 answer!
23200 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
23201 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
23202 of @expr{f} with respect to @expr{x}, evaluated at the point 
23203 @texline @math{x=x_0}.
23204 @infoline @expr{x=x0}.
23206 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
23207 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
23208 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
23209 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
23210 derivative of @code{f}.
23212 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
23213 the functions according to their defining formulas unless you have
23214 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
23215 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
23216 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
23217 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
23218 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
23219 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
23221 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
23222 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
23223 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
23224 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
23225 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
23226 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
23227 argument once).
23229 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
23230 @subsection Integration
23232 @noindent
23233 @kindex a i
23234 @pindex calc-integral
23235 @tindex integ
23236 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
23237 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
23238 respect to a prompted-for variable.  The integrator is not guaranteed to
23239 work for all integrable functions, but it is able to integrate several
23240 large classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational
23241 function (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.
23242 (Rational functions don't have to be in explicit quotient form, however; 
23243 @texline @math{x/(1+x^{-2})}
23244 @infoline @expr{x/(1+x^-2)}
23245 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
23246 @expr{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
23247 @expr{x} and @expr{x^2} may appear in rational functions being
23248 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
23249 hyperbolic functions can be integrated.
23251 With an argument (@kbd{C-u a i}), this command will compute the definite
23252 integral of the expression on top of the stack.  In this case, the
23253 command will again prompt for an integration variable, then prompt for a
23254 lower limit and an upper limit.
23256 @ifnottex
23257 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23258 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23259 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23260 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23261 integral from @code{a} to @code{b}.
23262 @end ifnottex
23263 @tex
23264 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23265 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23266 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23267 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23268 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
23269 @end tex
23271 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
23272 produces results that are significantly more complex than they need to
23273 be.  For example, the integral Calc finds for 
23274 @texline @math{1/(x+\sqrt{x^2+1})}
23275 @infoline @expr{1/(x+sqrt(x^2+1))}
23276 is several times more complicated than the answer Mathematica
23277 returns for the same input, although the two forms are numerically
23278 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
23279 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
23280 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
23281 Calc's solution for 
23282 @texline @math{1/(1+\tan x)}
23283 @infoline @expr{1/(1+tan(x))} 
23284 differs from the solution given in the @emph{CRC Math Tables} by a
23285 constant factor of  
23286 @texline @math{\pi i / 2}
23287 @infoline @expr{pi i / 2},
23288 due to a different choice of constant of integration.
23290 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
23291 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
23292 from Degrees to Radians mode, then they will be thrown out.  If you
23293 suspect this is not happening when it should, use the
23294 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
23296 @vindex IntegLimit
23297 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
23298 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
23299 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
23300 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
23301 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
23302 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
23303 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
23304 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
23305 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
23306 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
23307 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
23308 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
23310 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
23311 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
23312 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
23313 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
23314 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
23316 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
23317 @subsection Customizing the Integrator
23319 @noindent
23320 @vindex IntegRules
23321 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
23322 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
23323 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
23324 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
23325 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
23326 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
23327 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
23328 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
23329 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
23330 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
23331 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
23332 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
23333 automatically made various transformations on the integral to allow it
23334 to use your rule; integral tables generally give rules for
23335 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
23336 in your @code{IntegRules}.
23338 @cindex Exponential integral Ei(x)
23339 @ignore
23340 @starindex
23341 @end ignore
23342 @tindex Ei
23343 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
23344 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
23345 integral'' function 
23346 @texline @math{{\rm Ei}(x)}
23347 @infoline @expr{Ei(x)} 
23348 was invented to describe it.
23349 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
23350 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
23351 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
23352 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
23353 work with Calc's various built-in integration methods (such as
23354 integration by substitution) to solve a variety of other problems
23355 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
23356 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
23357 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
23359 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
23360 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
23361 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
23362 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
23363 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
23364 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
23365 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
23366 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
23367 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still valid
23368 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
23369 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
23370 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
23371 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
23373 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
23374 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
23375 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
23376 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
23377 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
23378 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
23379 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
23380 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
23381 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
23382 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
23383 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
23384 it need not be.
23386 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
23387 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
23388 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
23389 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
23390 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
23391 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
23392 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
23393 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
23394 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
23395 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
23396 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
23397 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
23398 own with the information it knows, then your substitution rule will
23399 work only in very specific, simple cases.
23401 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
23402 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
23403 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
23404 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
23405 forever!)
23407 @vindex IntegSimpRules
23408 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
23409 every time the integrator uses @kbd{a s} to simplify an intermediate
23410 result.  For example, putting the rule @samp{twice(x) := 2 x} into
23411 @code{IntegSimpRules} would tell Calc to convert the @code{twice}
23412 function into a form it knows whenever integration is attempted.
23414 One more way to influence the integrator is to define a function with
23415 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
23416 integrator automatically expands such functions according to their
23417 defining formulas, even if you originally asked for the function to
23418 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
23419 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
23420 do this.)
23422 @vindex IntegAfterRules
23423 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
23424 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
23425 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
23426 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
23427 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
23428 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
23429 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
23430 (It also does an @kbd{a s}, without @code{IntegSimpRules}, after that
23431 to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
23432 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
23433 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
23434 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
23435 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
23436 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
23437 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
23438 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
23439 @code{IntegSimpRules}.
23441 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
23442 @subsection Numerical Integration
23444 @noindent
23445 @kindex a I
23446 @pindex calc-num-integral
23447 @tindex ninteg
23448 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23449 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23450 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23451 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23452 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23453 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23455 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23456 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23457 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23458 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23459 the Romberg method works especially well when the function being
23460 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23461 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23462 determine the value of the integral.
23464 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23465 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23466 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23467 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23468 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23469 well-behaved in the specified interval.
23471 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23472 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23473 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23474 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23475 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23476 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23477 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23479 @node Taylor Series,  , Numerical Integration, Calculus
23480 @subsection Taylor Series
23482 @noindent
23483 @kindex a t
23484 @pindex calc-taylor
23485 @tindex taylor
23486 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23487 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23488 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23489 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23490 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23491 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23492 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23493 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23494 may appear to get fewer terms than you asked for.
23496 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23497 function, you can get an approximation by integrating the function's
23498 Taylor series.
23500 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23501 @section Solving Equations
23503 @noindent
23504 @kindex a S
23505 @pindex calc-solve-for
23506 @tindex solve
23507 @cindex Equations, solving
23508 @cindex Solving equations
23509 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23510 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23511 expression of the form @expr{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23512 will rearrange @expr{y = 3x + 6} to the form, @expr{x = y/3 - 2}.  If the
23513 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23514 form @expr{X = 0}.
23516 This command also works for inequalities, as in @expr{y < 3x + 6}.
23517 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23518 be; for example, solving 
23519 @texline @math{a < b \, c}
23520 @infoline @expr{a < b c} 
23521 for @expr{b} is impossible
23522 without knowing the sign of @expr{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23523 produce the result 
23524 @texline @math{b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c}
23525 @infoline @expr{b != a/c} 
23526 (using the not-equal-to operator) to signify that the direction of the
23527 inequality is now unknown.  The inequality 
23528 @texline @math{a \le b \, c}
23529 @infoline @expr{a <= b c} 
23530 is not even partially solved.  @xref{Declarations}, for a way to tell
23531 Calc that the signs of the variables in a formula are in fact known.
23533 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23534 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @expr{x = y/3 - 2}
23535 to @expr{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23536 another formula with @expr{x} set equal to @expr{y/3 - 2}.
23538 @menu
23539 * Multiple Solutions::
23540 * Solving Systems of Equations::
23541 * Decomposing Polynomials::
23542 @end menu
23544 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23545 @subsection Multiple Solutions
23547 @noindent
23548 @kindex H a S
23549 @tindex fsolve
23550 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23551 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23552 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23553 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23554 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23555 signs (either @mathit{+1} or @mathit{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23556 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23557 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23558 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23559 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23560 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23561 of these variables.
23563 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23564 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23565 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23566 think about it is that the square-root operation is really a
23567 two-valued function; since every Calc function must return a
23568 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23569 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23570 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23572 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23573 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23574 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23575 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23576 Calc will report @expr{y = 9} as a valid solution, which is true
23577 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23578 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23579 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23581 @cindex @code{GenCount} variable
23582 @vindex GenCount
23583 @ignore
23584 @starindex
23585 @end ignore
23586 @tindex an
23587 @ignore
23588 @starindex
23589 @end ignore
23590 @tindex as
23591 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23592 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23593 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23594 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23595 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23596 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23597 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23598 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23599 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23600 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23601 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23602 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23603 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23604 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23606 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23607 way to create or edit this variable.  Press @kbd{C-c C-c} to finish.
23609 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23610 in that variable is not a positive integer, the regular
23611 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23613 @kindex I a S
23614 @kindex H I a S
23615 @tindex finv
23616 @tindex ffinv
23617 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23618 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23619 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23620 For example, @kbd{I a S x} inverts @expr{2x + 6} to @expr{x/2 - 3}.
23621 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23622 fully general inverse, as described above.
23624 @kindex a P
23625 @pindex calc-poly-roots
23626 @tindex roots
23627 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23628 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23629 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23630 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23631 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23632 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23633 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23634 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23635 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23636 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23637 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23638 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23639 reported; @pxref{Declarations}.)
23641 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23642 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23643 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23644 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @expr{x^4}
23645 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23646 can be:  @expr{x^6 + x^3 + 1} is converted to @expr{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23647 which can be solved for @expr{x^3} using the quadratic equation, and then
23648 for @expr{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23649 @expr{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23650 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23651 list of numerical roots, however, provided that Symbolic mode (@kbd{m s})
23652 is not turned on.  (If you work with Symbolic mode on, recall that the
23653 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23654 formula on the stack with Symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23655 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficients
23656 are all numbers (real or complex).
23658 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23659 @subsection Solving Systems of Equations
23661 @noindent
23662 @cindex Systems of equations, symbolic
23663 You can also use the commands described above to solve systems of
23664 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23665 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23666 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23667 at the prompt.)
23669 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23670 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23671 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23672 have the same length as the variables vector, and the variables
23673 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23674 are not always simplified as far as possible; the solution for
23675 @expr{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23676 command.
23678 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23679 time by solving one of the equations for that variable and then
23680 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23681 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23682 first tries to eliminate the first variable with the first
23683 equation, then the second variable with the second equation,
23684 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23685 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23686 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23687 nonlinear systems.
23689 @ignore
23690 @starindex
23691 @end ignore
23692 @tindex elim
23693 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23694 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23695 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23696 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23697 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23698 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23699 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23700 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23701 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23702 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23703 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23704 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23706 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23707 Calc simply eliminates those variables from the equations
23708 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23709 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23710 eliminated will reduce the number of equations in the system
23711 by one.
23713 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23714 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23715 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23716 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23717 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23718 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23719 variables you requested.)
23721 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23722 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23723 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23725 @node Decomposing Polynomials,  , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23726 @subsection Decomposing Polynomials
23728 @noindent
23729 @ignore
23730 @starindex
23731 @end ignore
23732 @tindex poly
23733 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23734 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23735 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23736 @expr{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @expr{x},
23737 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
23738 not involve the variable @expr{x}, the input is returned in a list
23739 of length one, representing a polynomial with only a constant
23740 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @expr{[0, 1]}.
23741 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
23742 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @expr{[]}.
23743 Note also that @expr{x} may actually be any formula; for example,
23744 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @expr{[3, -1, 1]}.
23746 @cindex Coefficients of polynomial
23747 @cindex Degree of polynomial
23748 To get the @expr{x^k} coefficient of polynomial @expr{p}, use
23749 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @expr{p},
23750 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
23751 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
23752 gives the @expr{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
23754 @ignore
23755 @starindex
23756 @end ignore
23757 @tindex gpoly
23758 One important feature of the solver is its ability to recognize
23759 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
23760 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
23761 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
23762 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
23763 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
23764 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
23765 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
23766 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
23767 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
23768 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
23769 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
23770 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
23771 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
23772 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
23773 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
23774 is considered trivial.
23776 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
23777 since the expanded form of this polynomial is @expr{4 - 4 x + x^2}.
23779 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
23780 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
23781 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
23782 since a quadratic polynomial in @expr{x^2} is easier to solve than
23783 a quartic polynomial in @expr{x}.
23785 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
23786 discover:
23788 @smallexample
23789 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
23790 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
23791 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
23792 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
23793 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
23794 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
23795 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
23796 @end smallexample
23798 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
23799 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
23800 If this is @expr{n}, then only @var{c} vectors of length @expr{n+1}
23801 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
23802 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
23803 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
23804 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
23805 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
23807 @ignore
23808 @starindex
23809 @end ignore
23810 @tindex pdeg
23811 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
23812 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
23813 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
23814 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
23815 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
23816 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
23817 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
23818 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
23819 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
23820 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
23821 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
23822 (minus infinity).
23824 @ignore
23825 @starindex
23826 @end ignore
23827 @tindex plead
23828 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
23829 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
23830 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
23831 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
23832 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @expr{p = 0}.
23834 @ignore
23835 @starindex
23836 @end ignore
23837 @tindex pcont
23838 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
23839 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
23840 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
23841 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
23842 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
23843 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
23844 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
23845 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
23846 coefficient.
23848 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
23849 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
23850 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
23851 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
23852 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
23853 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
23854 Dividing the polynomial by this number will clear all the
23855 denominators, as well as dividing by any common content in the
23856 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
23857 if all the coefficients in the polynomial are negative.
23859 @ignore
23860 @starindex
23861 @end ignore
23862 @tindex pprim
23863 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
23864 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
23865 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
23866 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
23867 terms.
23869 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
23870 @section Numerical Solutions
23872 @noindent
23873 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
23874 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
23875 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
23876 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
23877 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
23879 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
23880 on numerical data.)
23882 @menu
23883 * Root Finding::
23884 * Minimization::
23885 * Numerical Systems of Equations::
23886 @end menu
23888 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
23889 @subsection Root Finding
23891 @noindent
23892 @kindex a R
23893 @pindex calc-find-root
23894 @tindex root
23895 @cindex Newton's method
23896 @cindex Roots of equations
23897 @cindex Numerical root-finding
23898 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
23899 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
23900 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
23901 of formula, it is interpreted as an equation of the form @expr{X = 0}.)
23903 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
23904 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
23905 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
23906 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
23907 a value is assigned to the solution variable and the formula is
23908 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
23909 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
23910 this command.
23912 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
23913 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
23914 solves the equation, and the difference between the lefthand and
23915 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
23916 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
23917 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
23918 number may be slightly different from the value you would compute from
23919 the equation yourself.)
23921 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
23922 the first element of the result vector, discarding the error term.
23924 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
23925 for a real solution near that number, or a complex number, in which
23926 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
23927 solution, or it can be an interval form which restricts the search
23928 to real numbers inside that interval.
23930 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
23931 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
23932 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
23933 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
23934 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
23935 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
23936 complex number, the function must be differentiable.
23938 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
23939 is negative at one end of the interval you specify and positive at
23940 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
23941 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
23942 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
23943 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
23945 @kindex H a R
23946 @tindex wroot
23947 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
23948 that if the initial guess is an interval for which the function has
23949 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
23950 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
23951 you are not sure if the function has a root in your interval.
23953 If the function is not differentiable, and you give a simple number
23954 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
23955 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
23956 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
23957 require a bounding interval in order to work.)
23959 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
23960 form on the stack, it will normally display an explanation for why
23961 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
23962 (@code{calc-why}) to get it back.
23964 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
23965 @subsection Minimization
23967 @noindent
23968 @kindex a N
23969 @kindex H a N
23970 @kindex a X
23971 @kindex H a X
23972 @pindex calc-find-minimum
23973 @pindex calc-find-maximum
23974 @tindex minimize
23975 @tindex maximize
23976 @cindex Minimization, numerical
23977 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
23978 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
23979 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
23980 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
23981 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
23982 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
23983 value of the variable which minimizes the formula's value, along
23984 with the minimum value itself.
23986 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
23987 have more than one minimum; some, like 
23988 @texline @math{x \sin x},
23989 @infoline @expr{x sin(x)}, 
23990 have infinitely many.  In fact, there is no easy way to define the
23991 ``global'' minimum of 
23992 @texline @math{x \sin x}
23993 @infoline @expr{x sin(x)} 
23994 but Calc can still locate any particular local minimum
23995 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
23996 finds a point at which the function's value is greater both to the left
23997 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
23999 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
24000 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
24001 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @expr{17 x}
24002 over @expr{[2..3]} will return @expr{[2, 38]}, but minimizing over
24003 @expr{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
24004 use closed intervals to find literally the minimum value in that
24005 range of @expr{x}, or open intervals to find the local minimum, if
24006 any, that happens to lie in that range.
24008 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
24009 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
24010 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
24011 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
24012 answer.
24014 @ignore
24015 @mindex wmin@idots
24016 @end ignore
24017 @tindex wminimize
24018 @ignore
24019 @mindex wmax@idots
24020 @end ignore
24021 @tindex wmaximize
24022 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
24023 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
24024 that the minimum lie inside the interval you supply.
24026 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
24027 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
24028 negative of the formula you supply.
24030 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
24031 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
24032 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
24033 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
24034 be minimized over the reals.
24036 @node Numerical Systems of Equations,  , Minimization, Numerical Solutions
24037 @subsection Systems of Equations
24039 @noindent
24040 @cindex Systems of equations, numerical
24041 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
24042 case, the equation should instead be a vector of equations, the
24043 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
24044 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
24045 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
24046 equation must be differentiable by each variable for this mode to
24047 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
24048 values that solved the system of equations, and the differences
24049 between the sides of the equations with those variable values.
24050 There must be the same number of equations as variables.  Since
24051 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
24052 no effect when solving a system of equations.
24054 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
24055 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
24056 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
24057 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
24058 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
24059 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
24060 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
24062 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
24063 @section Curve Fitting
24065 @noindent
24066 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
24067 such as @expr{y = m x + b} where @expr{m} and @expr{b} are parameters
24068 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
24069 no single @expr{m} and @expr{b} that exactly fit the data; in this
24070 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
24071 possible fit.  The model formula can be entered in various ways after
24072 the key sequence @kbd{a F} is pressed.  
24074 If the letter @kbd{P} is pressed after @kbd{a F} but before the model
24075 description is entered, the data as well as the model formula will be
24076 plotted after the formula is determined.  This will be indicated by a
24077 ``P'' in the minibuffer after the help message.
24079 @menu
24080 * Linear Fits::
24081 * Polynomial and Multilinear Fits::
24082 * Error Estimates for Fits::
24083 * Standard Nonlinear Models::
24084 * Curve Fitting Details::
24085 * Interpolation::
24086 @end menu
24088 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
24089 @subsection Linear Fits
24091 @noindent
24092 @kindex a F
24093 @pindex calc-curve-fit
24094 @tindex fit
24095 @cindex Linear regression
24096 @cindex Least-squares fits
24097 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
24098 to fit a set of data (@expr{x} and @expr{y} vectors of numbers) to a
24099 straight line, polynomial, or other function of @expr{x}.  For the
24100 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
24101 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
24102 fit for the data.
24104 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @expr{(x,y)}
24105 data points that we wish to fit to the model @expr{y = m x + b}
24106 by adjusting the parameters @expr{m} and @expr{b} to make the @expr{y}
24107 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
24108 @expr{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
24109 instead, say, @expr{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
24110 we have data points of the form @expr{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
24111 @expr{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
24113 In the model formula, variables like @expr{x} and @expr{x_2} are called
24114 the @dfn{independent variables}, and @expr{y} is the @dfn{dependent
24115 variable}.  Variables like @expr{m}, @expr{a}, and @expr{b} are called
24116 the @dfn{parameters} of the model.
24118 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
24119 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
24120 for a linear or polynomial fit, this would be a 
24121 @texline @math{2\times N}
24122 @infoline 2xN
24123 matrix where the first row is a list of @expr{x} values and the second
24124 row has the corresponding @expr{y} values.  For the multilinear fit
24125 shown above, the matrix would have four rows (@expr{x_1}, @expr{x_2},
24126 @expr{x_3}, and @expr{y}, respectively).
24128 If you happen to have an 
24129 @texline @math{N\times2}
24130 @infoline Nx2
24131 matrix instead of a 
24132 @texline @math{2\times N}
24133 @infoline 2xN
24134 matrix, just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
24136 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
24137 linear fit, press the digit @kbd{1}.
24139 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
24140 high letters like @expr{x} and @expr{y} for independent variables and
24141 low letters like @expr{a} and @expr{b} for parameters.  (The dependent
24142 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
24143 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
24144 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
24145 name only those and let the parameters use default names.
24147 For example, suppose the data matrix
24149 @ifnottex
24150 @example
24151 @group
24152 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
24153   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
24154 @end group
24155 @end example
24156 @end ifnottex
24157 @tex
24158 \turnoffactive
24159 \turnoffactive
24160 \beforedisplay
24161 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
24162              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
24164 \afterdisplay
24165 @end tex
24167 @noindent
24168 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
24169 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @key{RET} to use
24170 the default names.  The result will be the formula @expr{3. + 2. x}
24171 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
24172 then found the optimal values of @expr{a} and @expr{b} to fit the
24173 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
24174 substituted those values for @expr{a} and @expr{b} in the model
24175 formula.
24177 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
24178 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
24179 a vector of the actual parameter values, written as equations:
24180 @expr{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
24181 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
24182 to move this vector to the stack; see @ref{Trail Commands}.
24184 Specifying a different independent variable name will affect the
24185 resulting formula: @kbd{a F 1 k @key{RET}} produces @kbd{3 + 2 k}.
24186 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m @key{RET}}) will affect
24187 the equations that go into the trail.
24189 @tex
24190 \bigskip
24191 @end tex
24193 To see what happens when the fit is not exact, we could change
24194 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
24195 The result is:
24197 @example
24198 2.6 + 2.2 x
24199 @end example
24201 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 @key{RET} @key{TAB} V M $ @key{RET}}, shows
24202 a reasonably close match to the y-values in the data.
24204 @example
24205 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
24206 @end example
24208 Since there is no line which passes through all the @var{n} data points,
24209 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
24210 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
24211 error measure
24213 @ifnottex
24214 @example
24215 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
24216 @end example
24217 @end ifnottex
24218 @tex
24219 \turnoffactive
24220 \beforedisplay
24221 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
24222 \afterdisplay
24223 @end tex
24225 @noindent
24226 which is clearly zero if @expr{a + b x} exactly fits all data points,
24227 and increases as various @expr{a + b x_i} values fail to match the
24228 corresponding @expr{y_i} values.  There are several reasons why the
24229 summand is squared, one of them being to ensure that 
24230 @texline @math{\chi^2 \ge 0}.
24231 @infoline @expr{chi^2 >= 0}.
24232 Least-squares fitting simply chooses the values of @expr{a} and @expr{b}
24233 for which the error 
24234 @texline @math{\chi^2}
24235 @infoline @expr{chi^2} 
24236 is as small as possible.
24238 Other kinds of models do the same thing but with a different model
24239 formula in place of @expr{a + b x_i}.
24241 @tex
24242 \bigskip
24243 @end tex
24245 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
24246 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @var{n}
24247 will take @var{N} items from the stack, corresponding to the @var{n} rows
24248 of a data matrix.  In the linear case, @var{n} must be 2 since there
24249 is always one independent variable and one dependent variable.
24251 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
24252 items from the stack, an @var{n}-row matrix of @expr{x} values, and a
24253 vector of @expr{y} values.  If there is only one independent variable,
24254 the @expr{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
24255 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
24257 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
24258 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
24260 @noindent
24261 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
24262 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
24263 we could fit the original data matrix from the previous section
24264 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
24265 @kbd{a F 2 @key{RET}}.
24267 @example
24268 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
24269 @end example
24271 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
24272 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
24273 for @expr{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
24274 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
24275 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get Fraction mode.
24276 Then the @expr{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
24277 the data being fitted will be approximate floats so Fraction mode
24278 won't help.)
24280 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
24281 gives a much larger @expr{x^2} contribution, as Calc bends the
24282 line slightly to improve the fit.
24284 @example
24285 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
24286 @end example
24288 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
24289 is always possible to fit @var{n} data points exactly using a polynomial
24290 of degree @mathit{@var{n}-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
24291 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
24292 a polynomial that exactly matches all five data points:
24294 @example
24295 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
24296 @end example
24298 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
24299 @expr{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
24300 It is a good idea to increase the working precision to several
24301 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
24302 Or, if your data are exact, use Fraction mode to get exact
24303 results.
24305 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
24306 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
24307 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
24308 automatically.
24310 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
24311 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
24312 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
24313 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
24314 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
24315 command described below.  @xref{Interpolation}.
24317 @tex
24318 \bigskip
24319 @end tex
24321 Another generalization of the linear model is to assume the
24322 @expr{y} values are a sum of linear contributions from several
24323 @expr{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
24324 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
24325 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
24327 Given the data matrix,
24329 @example
24330 @group
24331 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
24332   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
24333   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
24334 @end group
24335 @end example
24337 @noindent
24338 the command @kbd{a F 1 @key{RET}} will call the first row @expr{x} and the
24339 second row @expr{y}, and will fit the values in the third row to the
24340 model @expr{a + b x + c y}.
24342 @example
24343 8. + 3. x + 0.5 y
24344 @end example
24346 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
24347 (i.e., with any number of data rows).
24349 @tex
24350 \bigskip
24351 @end tex
24353 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
24354 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
24355 means the model formula is simply @expr{a x}; in the multilinear
24356 case, the model might be @expr{a x + b y + c z}; and in the polynomial
24357 case, the model could be @expr{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
24358 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
24359 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
24360 This will be indicated by an ``h'' in the minibuffer after the help
24361 message.
24363 It is certainly possible to have other constrained linear models,
24364 like @expr{2.3 + a x} or @expr{a - 4 x}.  While there is no single
24365 key to select models like these, a later section shows how to enter
24366 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
24367 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
24369 Another class of models that will work but must be entered by hand
24370 are multinomial fits, e.g., @expr{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
24372 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
24373 @subsection Error Estimates for Fits
24375 @noindent
24376 @kindex H a F
24377 @tindex efit
24378 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
24379 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
24380 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
24381 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
24383 @example
24384 3. + 2. x
24385 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
24386 @end example
24388 In the first case the estimated errors are zero because the linear
24389 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
24390 moderately small, because the data are still very close to linear.
24392 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
24393 contain error forms.  The data values must either all include errors
24394 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
24395 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
24396 row contains error forms
24397 @texline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@math{\sigma_i}', 
24398 @infoline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@var{sigma_i}', 
24399 then the 
24400 @texline @math{\chi^2}
24401 @infoline @expr{chi^2}
24402 statistic is now,
24404 @ifnottex
24405 @example
24406 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
24407 @end example
24408 @end ifnottex
24409 @tex
24410 \turnoffactive
24411 \beforedisplay
24412 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
24413 \afterdisplay
24414 @end tex
24416 @noindent
24417 so that data points with larger error estimates contribute less to
24418 the fitting operation.
24420 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
24421 errors for a given data point are combined; the square root of the
24422 sum of the squares of the errors forms the 
24423 @texline @math{\sigma_i}
24424 @infoline @expr{sigma_i} 
24425 used for the data point.
24427 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
24428 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
24429 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
24430 estimates.
24432 If the input contains error forms but all the 
24433 @texline @math{\sigma_i}
24434 @infoline @expr{sigma_i} 
24435 values are the same, it is easy to see that the resulting fitted model
24436 will be the same as if the input did not have error forms at all 
24437 @texline (@math{\chi^2}
24438 @infoline (@expr{chi^2}
24439 is simply scaled uniformly by 
24440 @texline @math{1 / \sigma^2},
24441 @infoline @expr{1 / sigma^2}, 
24442 which doesn't affect where it has a minimum).  But there @emph{will} be
24443 a difference in the estimated errors of the coefficients reported by
24444 @kbd{H a F}. 
24446 Consult any text on statistical modeling of data for a discussion
24447 of where these error estimates come from and how they should be
24448 interpreted.
24450 @tex
24451 \bigskip
24452 @end tex
24454 @kindex I a F
24455 @tindex xfit
24456 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
24457 information.  The result is a vector of six items:
24459 @enumerate
24460 @item
24461 The model formula with error forms for its coefficients or
24462 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
24463 produced.
24465 @item
24466 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
24467 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
24468 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
24469 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @expr{d}, this vector
24470 will have length @expr{M = d+1} with the constant term first.
24472 @item
24473 The covariance matrix @expr{C} computed from the fit.  This is
24474 an @var{m}x@var{m} symmetric matrix; the diagonal elements
24475 @texline @math{C_{jj}}
24476 @infoline @expr{C_j_j} 
24477 are the variances 
24478 @texline @math{\sigma_j^2}
24479 @infoline @expr{sigma_j^2} 
24480 of the parameters.  The other elements are covariances
24481 @texline @math{\sigma_{ij}^2} 
24482 @infoline @expr{sigma_i_j^2} 
24483 that describe the correlation between pairs of parameters.  (A related
24484 set of numbers, the @dfn{linear correlation coefficients} 
24485 @texline @math{r_{ij}},
24486 @infoline @expr{r_i_j},
24487 are defined as 
24488 @texline @math{\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j}.)
24489 @infoline @expr{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
24491 @item
24492 A vector of @expr{M} ``parameter filter'' functions whose
24493 meanings are described below.  If no filters are necessary this
24494 will instead be an empty vector; this is always the case for the
24495 polynomial and multilinear fits described so far.
24497 @item
24498 The value of 
24499 @texline @math{\chi^2}
24500 @infoline @expr{chi^2} 
24501 for the fit, calculated by the formulas shown above.  This gives a
24502 measure of the quality of the fit; statisticians consider
24503 @texline @math{\chi^2 \approx N - M}
24504 @infoline @expr{chi^2 = N - M} 
24505 to indicate a moderately good fit (where again @expr{N} is the number of
24506 data points and @expr{M} is the number of parameters).
24508 @item
24509 A measure of goodness of fit expressed as a probability @expr{Q}.
24510 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24511 function using 
24512 @texline @math{\chi^2}
24513 @infoline @expr{chi^2} 
24514 with @expr{N - M} degrees of freedom.  A
24515 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24516 @expr{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24517 particular, 
24518 @texline @math{\chi^2}
24519 @infoline @expr{chi^2} 
24520 statistics assume the errors in your inputs
24521 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24522 have to accept smaller values of @expr{Q}.
24524 The @expr{Q} value is computed only if the input included error
24525 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24526 for @expr{Q}.  The reason is that in this case the 
24527 @texline @math{\chi^2}
24528 @infoline @expr{chi^2}
24529 value has effectively been used to estimate the original errors
24530 in the input, and thus there is no redundant information left
24531 over to use for a confidence test.
24532 @end enumerate
24534 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24535 @subsection Standard Nonlinear Models
24537 @noindent
24538 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24539 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24540 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24542 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24544 @table @kbd
24545 @item 1
24546 Linear or multilinear.  @mathit{a + b x + c y + d z}.
24547 @item 2-9
24548 Polynomials.  @mathit{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24549 @item e
24550 Exponential.  @mathit{a} @tfn{exp}@mathit{(b x)} @tfn{exp}@mathit{(c y)}.
24551 @item E
24552 Base-10 exponential.  @mathit{a} @tfn{10^}@mathit{(b x)} @tfn{10^}@mathit{(c y)}.
24553 @item x
24554 Exponential (alternate notation).  @tfn{exp}@mathit{(a + b x + c y)}.
24555 @item X
24556 Base-10 exponential (alternate).  @tfn{10^}@mathit{(a + b x + c y)}.
24557 @item l
24558 Logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{ln}@mathit{(x) + c} @tfn{ln}@mathit{(y)}.
24559 @item L
24560 Base-10 logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{log10}@mathit{(x) + c} @tfn{log10}@mathit{(y)}.
24561 @item ^
24562 General exponential.  @mathit{a b^x c^y}.
24563 @item p
24564 Power law.  @mathit{a x^b y^c}.
24565 @item q
24566 Quadratic.  @mathit{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24567 @item g
24568 Gaussian.  
24569 @texline @math{{a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)}.
24570 @infoline @mathit{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24571 @item s
24572 Logistic @emph{s} curve.
24573 @texline @math{a/(1+e^{b(x-c)})}.
24574 @infoline @mathit{a/(1 + exp(b (x - c)))}.
24575 @item b
24576 Logistic bell curve.
24577 @texline @math{ae^{b(x-c)}/(1+e^{b(x-c)})^2}.
24578 @infoline @mathit{a exp(b (x - c))/(1 + exp(b (x - c)))^2}.
24579 @item o
24580 Hubbert linearization.
24581 @texline @math{{y \over x} = a(1-x/b)}.
24582 @infoline @mathit{(y/x) = a (1 - x/b)}.
24583 @end table
24585 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24586 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24587 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24588 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24589 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24591 All models except Gaussian, logistics, Hubbert and polynomials can
24592 generalize as shown to any number of independent variables.  Also, all
24593 the built-in models except for the logistic and Hubbert curves have an 
24594 additive or multiplicative parameter shown as @expr{a} in the above table
24595 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24596 before the model key.
24598 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24599 the parameters slightly differently.  For example, @expr{a b^x} and
24600 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24601 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24602 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24603 matches the problem.
24605 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24606 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24607 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24608 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24609 @expr{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24610 @expr{b} is what it calls the ``slope.''
24612 @tex
24613 \bigskip
24614 @end tex
24616 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24617 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24618 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24619 will work, though---see the next section for details.)
24621 The model can also be an equation like @expr{y = m x + b}.
24622 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24623 equal terms; this model effectively has two parameters
24624 (@expr{m} and @expr{b}) and two independent variables (@expr{x}
24625 and @expr{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24626 do not need to take this @expr{y =} form.  For example, the
24627 implicit line equation @expr{a x + b y = 1} works fine as a
24628 model.
24630 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24631 the variables that appear in the model.  These are used for the
24632 default parameters, independent variables, and dependent variable
24633 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24634 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24635 and thus does not need a name.
24637 For example, if the model formula has the variables @expr{a,mu,sigma,t,x},
24638 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24639 Calc will use @expr{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24640 data rows will be named @expr{t} and @expr{x}, respectively.  If you
24641 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @expr{a,mu}
24642 as the parameters, and @expr{sigma,t,x} as the three independent
24643 variables.
24645 You can, of course, override these choices by entering something
24646 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24647 those variables must have stored values and those stored values will
24648 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24649 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24650 If you list only independent variables, all the remaining variables
24651 in the model formula will become parameters.
24653 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24654 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24655 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24656 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24657 a linear model.
24659 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24660 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24661 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24662 choose which variables in the formula are independent by default and
24663 which are parameters.
24665 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24666 two or three elements, @expr{[@var{model}, @var{vars}]} or
24667 @expr{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24668 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24669 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24670 those listed as @var{vars} are parameters.)
24672 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24673 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24675 @tex
24676 \bigskip
24677 @end tex
24679 @vindex Model1
24680 @vindex Model2
24681 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24682 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24683 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24684 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24685 accept for a model on the stack.
24687 @tex
24688 \bigskip
24689 @end tex
24691 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24692 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24693 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24694 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24695 returns results in the range from @mathit{-90} to 90 degrees (or the
24696 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24697 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24698 so that the argument of the sine might go from zero to 
24699 @texline @math{3\times360}
24700 @infoline @mathit{3*360} 
24701 degrees.
24702 The above model would appear to be a good way to determine the
24703 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24704 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24705 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @expr{t}, but
24706 the lefthand side will bounce back and forth between @mathit{-90} and 90.
24707 No values of @expr{a} and @expr{b} can make the two sides match,
24708 even approximately.
24710 There is no good solution to this problem at present.  You could
24711 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24712 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24713 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24714 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24715 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24716 taking Fourier and related transforms.)
24718 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24719 @subsection Curve Fitting Details
24721 @noindent
24722 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24723 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24724 @expr{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @expr{a,b,c}
24725 are the parameters and @expr{x,y,z} are the independent variables
24726 (of course there can be any number of each, not just three).
24728 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24729 to convert the model into this form.  For example, if the model
24730 is @expr{a + b x + c x^2}, then @expr{f(x) = 1}, @expr{g(x) = x},
24731 and @expr{h(x) = x^2} are suitable functions.
24733 For most other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24734 to try to put the problem into the form
24736 @smallexample
24737 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)
24738 @end smallexample
24740 @noindent
24741 where @expr{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24742 @expr{Y}, @expr{F}, @expr{G}, and @expr{H} for all the data points,
24743 does a standard linear fit to find the values of @expr{A}, @expr{B},
24744 and @expr{C}, then uses the equation solver to solve for @expr{a,b,c}
24745 in terms of @expr{A,B,C}.
24747 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24748 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24749 model @expr{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24750 can be rewritten as follows:
24752 @example
24753 y = a x^b
24754 y = a exp(b ln(x))
24755 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24756 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24757 @end example
24759 @noindent
24760 which matches the desired form with 
24761 @texline @math{Y = \ln(y)},
24762 @infoline @expr{Y = ln(y)}, 
24763 @texline @math{A = \ln(a)},
24764 @infoline @expr{A = ln(a)},
24765 @expr{F = 1}, @expr{B = b}, and 
24766 @texline @math{G = \ln(x)}.
24767 @infoline @expr{G = ln(x)}.  
24768 Calc thus computes the logarithms of your @expr{y} and @expr{x} values,
24769 does a linear fit for @expr{A} and @expr{B}, then solves to get 
24770 @texline @math{a = \exp(A)} 
24771 @infoline @expr{a = exp(A)} 
24772 and @expr{b = B}.
24774 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
24775 be handled by expanding according to the distributive law.
24777 @example
24778 y = a + b*(x - c)^2
24779 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
24780 @end example
24782 @noindent
24783 which matches with @expr{Y = y}, @expr{A = a + b c^2}, @expr{F = 1},
24784 @expr{B = -2 b c}, @expr{G = x} (the @mathit{-2} factor could just as easily
24785 have been put into @expr{G} instead of @expr{B}), @expr{C = b}, and
24786 @expr{H = x^2}.
24788 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
24789 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
24790 exponential that can be brought to the top and moved into @expr{Y}.
24792 The logistic models cannot be put into general linear form.  For these
24793 models, and the Hubbert linearization, Calc computes a rough
24794 approximation for the parameters, then uses the Levenberg-Marquardt
24795 iterative method to refine the approximations.
24797 Another model that cannot be put into general linear
24798 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
24799 @expr{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
24800 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
24801 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
24802 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
24803 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
24804 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
24805 Note that some models can be linearized in several ways.  The
24806 Gaussian-plus-@var{d} model can be linearized by setting @expr{d}
24807 (the background) to a constant, or by setting @expr{b} (the standard
24808 deviation) and @expr{c} (the mean) to constants.
24810 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
24811 store suitable values in those parameter variables, then omit them
24812 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
24814 @tex
24815 \bigskip
24816 @end tex
24818 A last desperate step would be to use the general-purpose
24819 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
24820 functions solve the problem of minimizing an expression (the 
24821 @texline @math{\chi^2}
24822 @infoline @expr{chi^2}
24823 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
24824 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
24825 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
24826 command can do the same thing by brute force.
24828 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
24829 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
24830 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
24831 to be minimized would be the value of 
24832 @texline @math{\chi^2}
24833 @infoline @expr{chi^2} 
24834 returned as the fifth result of the @code{xfit} function:
24836 @smallexample
24837 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
24838 @end smallexample
24840 @noindent
24841 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
24842 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
24843 the initial guess for @expr{d} that @code{minimize} requires.
24844 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
24845 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
24846 were used by itself to solve the problem).
24848 @tex
24849 \bigskip
24850 @end tex
24852 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
24853 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
24854 vector of ``raw'' parameters @expr{A}, @expr{B}, @expr{C}.  The
24855 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
24856 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
24857 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
24858 as the requested parameters, i.e., if @expr{A = a}, @expr{B = b},
24859 and so on (which is always true if the model is already linear
24860 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
24861 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
24862 of one formula per parameter in the original model.  The raw
24863 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
24864 @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)} for @expr{B},
24865 and so on.
24867 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
24868 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
24869 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
24870 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
24871 values to be substituted into the original model.  In the case of
24872 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
24873 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
24874 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
24875 standard error-form arithmetic take it from there.
24877 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
24878 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
24879 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
24880 figure out how to interpret the covariances in the presence of
24881 nontrivial filter functions.
24883 Things are also complicated when the input contains error forms.
24884 Suppose there are three independent and dependent variables, @expr{x},
24885 @expr{y}, and @expr{z}, one or more of which are error forms in the
24886 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
24887 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @expr{x}
24888 and @expr{y} to be plain numbers, and makes @expr{z} into an error
24889 form with this combined error.  The @expr{Y(x,y,z)} part of the
24890 linearized model is evaluated, and the result should be an error
24891 form.  The error part of that result is used for 
24892 @texline @math{\sigma_i}
24893 @infoline @expr{sigma_i} 
24894 for the data point.  If for some reason @expr{Y(x,y,z)} does not return 
24895 an error form, the combined error from @expr{z} is used directly for 
24896 @texline @math{\sigma_i}.
24897 @infoline @expr{sigma_i}.  
24898 Finally, @expr{z} is also stripped of its error
24899 for use in computing @expr{F(x,y,z)}, @expr{G(x,y,z)} and so on;
24900 the righthand side of the linearized model is computed in regular
24901 arithmetic with no error forms.
24903 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
24904 the most reasonable thing in the typical case that @expr{Y(x,y,z)}
24905 depends only on the dependent variable @expr{z}, and in fact is
24906 often simply equal to @expr{z}.  For common cases like polynomials
24907 and multilinear models, the combined error is simply used as the
24908 @texline @math{\sigma}
24909 @infoline @expr{sigma} 
24910 for the data point with no further ado.)
24912 @tex
24913 \bigskip
24914 @end tex
24916 @vindex FitRules
24917 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
24918 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
24919 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
24920 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
24921 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
24922 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
24923 @xref{Operations on Variables}.
24925 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
24927 @ignore
24928 @starindex
24929 @end ignore
24930 @tindex fitvar
24931 @ignore
24932 @starindex
24933 @end ignore
24934 @ignore
24935 @mindex @idots
24936 @end ignore
24937 @tindex fitparam
24938 @ignore
24939 @starindex
24940 @end ignore
24941 @ignore
24942 @mindex @null
24943 @end ignore
24944 @tindex fitmodel
24945 @ignore
24946 @starindex
24947 @end ignore
24948 @ignore
24949 @mindex @null
24950 @end ignore
24951 @tindex fitsystem
24952 @ignore
24953 @starindex
24954 @end ignore
24955 @ignore
24956 @mindex @null
24957 @end ignore
24958 @tindex fitdummy
24959 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
24960 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
24961 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
24962 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
24963 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
24964 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
24965 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
24966 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
24967 model @expr{a x^b} is converted to @expr{y = a x^b}, then to
24969 @smallexample
24970 @group
24971 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
24972 @end group
24973 @end smallexample
24975 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
24976 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
24977 changes are possible.)
24979 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
24980 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
24982 @example
24983 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
24984 @end example
24986 @noindent
24987 where @var{Y} is a formula that describes the function @expr{Y(x,y,z)},
24988 @var{FGH} is the vector of formulas @expr{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
24989 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
24990 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)}
24991 for @expr{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
24992 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
24993 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
24995 The power law model eventually boils down to
24997 @smallexample
24998 @group
24999 fitsystem(ln(fitvar(2)),
25000           [1, ln(fitvar(1))],
25001           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
25002 @end group
25003 @end smallexample
25005 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
25006 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
25007 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
25008 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
25009 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
25010 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
25011 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
25012 and the distributive law is used to expand products of sums.
25013 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
25014 @samp{fitinv(x)} represents @expr{1/x} while the @code{FitRules}
25015 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
25016 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
25017 will probably only need to modify the rules for this phase.
25019 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
25020 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
25021 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
25022 initially zero and @var{model} has been changed from @expr{a=b}
25023 to @expr{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
25024 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
25025 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
25026 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
25027 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
25028 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
25029 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
25030 raw parameters, for now.)
25032 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
25033 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
25034 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
25035 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
25036 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
25037 that involve only independent variables.  (If this decomposition
25038 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
25039 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
25040 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
25041 using the distributive law in order to minimize the number of
25042 raw parameters needed.
25044 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
25045 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
25046 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
25047 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
25048 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
25049 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
25050 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
25051 least-squares solver wants to see.
25053 @ignore
25054 @starindex
25055 @end ignore
25056 @ignore
25057 @mindex hasfit@idots
25058 @end ignore
25059 @tindex hasfitparams
25060 @ignore
25061 @starindex
25062 @end ignore
25063 @ignore
25064 @mindex @null
25065 @end ignore
25066 @tindex hasfitvars
25067 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
25068 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
25069 whether @expr{x} refers to any parameters or independent variables,
25070 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
25071 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
25072 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
25073 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
25074 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
25075 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
25077 @tex
25078 \bigskip
25079 @end tex
25081 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
25082 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
25083 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
25084 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
25085 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
25086 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
25087 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
25088 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
25089 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
25090 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
25092 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
25093 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
25094 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
25095 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
25096 and the lower ones for @var{params}.
25098 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
25099 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
25100 and variables, as discussed previously.
25102 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
25103 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
25104 message will be ``Model expression is too complex'' if the
25105 linearizer was unable to put the model into the required form.
25107 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
25108 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
25110 @node Interpolation,  , Curve Fitting Details, Curve Fitting
25111 @subsection Polynomial Interpolation
25113 @kindex a p
25114 @pindex calc-poly-interp
25115 @tindex polint
25116 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
25117 a polynomial interpolation at a particular @expr{x} value.  It takes
25118 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
25119 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @expr{x}
25120 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
25121 then substitutes the @expr{x} value into the result in order to get an
25122 approximate @expr{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
25123 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
25124 efficient and more numerically stable.)
25126 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @expr{y}
25127 value approximation, and an error measure @expr{dy} that reflects Calc's
25128 estimation of the probable error of the approximation at that value of
25129 @expr{x}.  If the input @expr{x} is equal to any of the @expr{x} values
25130 in the data matrix, the output @expr{y} will be the corresponding @expr{y}
25131 value from the matrix, and the output @expr{dy} will be exactly zero.
25133 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
25134 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
25136 If @expr{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
25137 interpolated results for each of those @expr{x} values.  (The matrix will
25138 have two columns, the @expr{y} values and the @expr{dy} values.)
25139 If @expr{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
25140 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
25141 a formula that describes the fit in symbolic terms.
25143 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
25144 on the stack.  Only the @expr{x} value is replaced by the result.
25146 @kindex H a p
25147 @tindex ratint
25148 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
25149 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
25150 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
25151 @expr{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
25152 each have degree @expr{N/2} (if @expr{N} is odd, the denominator will
25153 have degree one higher than the numerator).
25155 Rational approximations have the advantage that they can accurately
25156 describe functions that have poles (points at which the function's value
25157 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
25158 goes to zero).  If @expr{x} corresponds to a pole of the fitted rational
25159 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
25160 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
25162 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
25163 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
25164 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
25165 capabilities to fit.)
25167 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
25168 @section Summations
25170 @noindent
25171 @cindex Summation of a series
25172 @kindex a +
25173 @pindex calc-summation
25174 @tindex sum
25175 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
25176 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
25177 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
25178 name of the summation index variable, the lower limit of the
25179 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
25180 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
25181 any later ones are answered by reading additional elements from
25182 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 @key{RET} ' k @key{RET} 1 @key{RET} 5 @key{RET} a + @key{RET}}
25183 produces the result 55.
25184 @tex
25185 \turnoffactive
25186 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
25187 @end tex
25189 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
25190 use a variable with a stored value.  In particular, while
25191 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
25192 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @expr{(0, 1)}
25193 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
25194 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @expr{(0, 1)}!
25195 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
25196 @w{@kbd{s u i @key{RET}}} first to ``unstore'' this variable.
25197 (@xref{Storing Variables}.)
25199 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
25200 than by one.  Thus @kbd{' a_k @key{RET} C-u -2 a + k @key{RET} 10 @key{RET} 0 @key{RET}}
25201 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
25202 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
25203 step value, in which case you can enter any formula or enter
25204 a blank line to take the step value from the stack.  With the
25205 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
25206 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
25207 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
25209 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
25210 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
25211 this is possible if the formula being summed is polynomial or
25212 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
25213 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
25214 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
25215 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
25216 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
25217 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
25218 whenever it can for the sake of efficiency.
25220 The notation for sums in algebraic formulas is
25221 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
25222 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
25223 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
25224 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
25225 and @samp{inf}, respectively.
25227 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
25228 returns @expr{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
25229 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
25230 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
25231 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
25232 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
25233 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
25234 symbolic form.  @xref{Infinities}.
25236 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
25237 described above) but the formula includes vectors subscripted by
25238 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
25239 the limits to include only the range of integers which result in
25240 valid subscripts for the vector.  For example, the sum
25241 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
25243 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
25244 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
25245 Calc computes the number of iterations using the formula
25246 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
25247 after simplification as if by @kbd{a s}, evaluate to an integer.
25249 If the number of iterations according to the above formula does
25250 not come out to an integer, the sum is invalid and will be left
25251 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
25252 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
25253 substituting mismatched bounds into them.  For example,
25254 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
25255 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
25256 the rather dubious answer, 29.25.
25258 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
25259 positive step size), the result is generally zero.  However,
25260 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
25261 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
25262 of iterations is @mathit{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
25263 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
25264 if Calc used a closed form solution.
25266 Calc's logical predicates like @expr{a < b} return 1 for ``true''
25267 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
25268 used to advantage for building conditional sums.  For example,
25269 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
25270 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
25271 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
25272 as ``the sum of @expr{k^2}, where @expr{k} is prime.''  Indeed,
25273 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
25274 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
25275 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
25276 closed form.
25278 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
25279 sum of @expr{f(k)} for all @expr{k} from 1 to @expr{n}, excluding
25280 one value @expr{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
25281 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
25282 the sum of all @expr{1/(k-k_0)} except at @expr{k = k_0}, where
25283 this would be a division by zero.  But at @expr{k = k_0}, this
25284 formula works out to the indeterminate form @expr{0 / 0}, which
25285 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
25286 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
25287 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if 
25288 @texline @math{k \ne k_0},
25289 @infoline @expr{k != k_0},
25290 then @expr{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @expr{1/(k-k_0)}
25291 will not even be evaluated by Calc when @expr{k = k_0}.
25293 @cindex Alternating sums
25294 @kindex a -
25295 @pindex calc-alt-summation
25296 @tindex asum
25297 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
25298 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
25299 are given alternating signs, with the first term (corresponding
25300 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
25301 are converted to normal sums with an extra term of the form
25302 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
25303 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
25304 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
25305 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
25306 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
25307 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
25308 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
25310 @cindex Product of a sequence
25311 @kindex a *
25312 @pindex calc-product
25313 @tindex prod
25314 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
25315 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
25316 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
25317 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
25318 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
25320 @kindex a T
25321 @pindex calc-tabulate
25322 @tindex table
25323 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
25324 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
25325 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
25326 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
25327 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
25329 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
25330 @section Logical Operations
25332 @noindent
25333 The following commands and algebraic functions return true/false values,
25334 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
25335 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
25336 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
25337 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
25338 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
25339 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
25340 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
25341 portion if its condition is provably true, but it will execute the
25342 ``else'' portion for any condition like @expr{a = b} that is not
25343 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
25344 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
25345 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
25346 false.  @xref{Declarations}.)
25348 @kindex a =
25349 @pindex calc-equal-to
25350 @tindex eq
25351 @tindex =
25352 @tindex ==
25353 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
25354 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
25355 formula) is true if @expr{a} and @expr{b} are equal, either because they
25356 are identical expressions, or because they are numbers which are
25357 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
25358 1.0.)  If the equality of @expr{a} and @expr{b} cannot be determined,
25359 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
25360 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
25361 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
25363 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
25364 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
25365 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
25366 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
25367 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
25368 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
25369 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
25370 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
25371 zero if not.
25373 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
25374 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
25375 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
25376 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
25377 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
25378 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
25379 variables).
25381 @kindex a #
25382 @pindex calc-not-equal-to
25383 @tindex neq
25384 @tindex !=
25385 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
25386 @samp{a != b} function, is true if @expr{a} and @expr{b} are not equal.
25387 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
25388 tests that all four of @expr{a}, @expr{b}, @expr{c}, and @expr{d} are
25389 distinct numbers.
25391 @kindex a <
25392 @tindex lt
25393 @ignore
25394 @mindex @idots
25395 @end ignore
25396 @kindex a >
25397 @ignore
25398 @mindex @null
25399 @end ignore
25400 @kindex a [
25401 @ignore
25402 @mindex @null
25403 @end ignore
25404 @kindex a ]
25405 @pindex calc-less-than
25406 @pindex calc-greater-than
25407 @pindex calc-less-equal
25408 @pindex calc-greater-equal
25409 @ignore
25410 @mindex @null
25411 @end ignore
25412 @tindex gt
25413 @ignore
25414 @mindex @null
25415 @end ignore
25416 @tindex leq
25417 @ignore
25418 @mindex @null
25419 @end ignore
25420 @tindex geq
25421 @ignore
25422 @mindex @null
25423 @end ignore
25424 @tindex <
25425 @ignore
25426 @mindex @null
25427 @end ignore
25428 @tindex >
25429 @ignore
25430 @mindex @null
25431 @end ignore
25432 @tindex <=
25433 @ignore
25434 @mindex @null
25435 @end ignore
25436 @tindex >=
25437 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
25438 operation is true if @expr{a} is less than @expr{b}.  Similar functions
25439 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
25440 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
25441 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
25443 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
25444 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
25445 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
25446 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
25447 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
25448 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
25449 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
25450 involve both equalities and inequalities, are not allowed.
25452 @kindex a .
25453 @pindex calc-remove-equal
25454 @tindex rmeq
25455 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
25456 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
25457 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
25458 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
25459 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
25460 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
25461 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
25462 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
25463 righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
25464 taking the lefthand side.
25466 @kindex a &
25467 @pindex calc-logical-and
25468 @tindex land
25469 @tindex &&
25470 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
25471 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
25472 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @expr{a} or
25473 @expr{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
25474 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
25476 @kindex a |
25477 @pindex calc-logical-or
25478 @tindex lor
25479 @tindex ||
25480 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
25481 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
25482 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
25483 are nonzero.  If both @expr{a} and @expr{b} are zero, the result is
25484 zero.
25486 @kindex a !
25487 @pindex calc-logical-not
25488 @tindex lnot
25489 @tindex !
25490 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
25491 function is true if @expr{a} is false (zero), or false if @expr{a} is
25492 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @expr{a} is not a
25493 number.
25495 @kindex a :
25496 @pindex calc-logical-if
25497 @tindex if
25498 @ignore
25499 @mindex ? :
25500 @end ignore
25501 @tindex ?
25502 @ignore
25503 @mindex @null
25504 @end ignore
25505 @tindex :
25506 @cindex Arguments, not evaluated
25507 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
25508 function is equal to either @expr{b} or @expr{c} if @expr{a} is a nonzero
25509 number or zero, respectively.  If @expr{a} is not a number, the test is
25510 left in symbolic form and neither @expr{b} nor @expr{c} is evaluated in
25511 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
25512 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
25513 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
25514 @code{condition}.
25516 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
25517 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
25518 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
25519 @samp{a?(3):4} instead.
25521 As a special case, if @expr{a} evaluates to a vector, then both @expr{b}
25522 and @expr{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
25523 as @expr{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
25524 @expr{b} and @expr{c} according to whether each element of @expr{a}
25525 is zero or nonzero.  Each of @expr{b} and @expr{c} must be either a
25526 vector of the same length as @expr{a}, or a non-vector which is matched
25527 with all elements of @expr{a}.
25529 @kindex a @{
25530 @pindex calc-in-set
25531 @tindex in
25532 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
25533 the number @expr{a} is in the set of numbers represented by @expr{b}.
25534 If @expr{b} is an interval form, @expr{a} must be one of the values
25535 encompassed by the interval.  If @expr{b} is a vector, @expr{a} must be
25536 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
25537 intervals, @expr{a} must be in any of the intervals.)  If @expr{b} is a
25538 plain number, @expr{a} must be numerically equal to @expr{b}.
25539 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
25540 of this sort.
25542 @ignore
25543 @starindex
25544 @end ignore
25545 @tindex typeof
25546 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
25547 characterizes @expr{a}.  If @expr{a} is a number, vector, or variable,
25548 the result will be one of the following numbers:
25550 @example
25551  1   Integer
25552  2   Fraction
25553  3   Floating-point number
25554  4   HMS form
25555  5   Rectangular complex number
25556  6   Polar complex number
25557  7   Error form
25558  8   Interval form
25559  9   Modulo form
25560 10   Date-only form
25561 11   Date/time form
25562 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
25563 100  Variable
25564 101  Vector (but not a matrix)
25565 102  Matrix
25566 @end example
25568 Otherwise, @expr{a} is a formula, and the result is a variable which
25569 represents the name of the top-level function call.
25571 @ignore
25572 @starindex
25573 @end ignore
25574 @tindex integer
25575 @ignore
25576 @starindex
25577 @end ignore
25578 @tindex real
25579 @ignore
25580 @starindex
25581 @end ignore
25582 @tindex constant
25583 The @samp{integer(a)} function returns true if @expr{a} is an integer.
25584 The @samp{real(a)} function
25585 is true if @expr{a} is a real number, either integer, fraction, or
25586 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @expr{a} is
25587 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
25588 code result except for variables, and provided that the components of
25589 an object like a vector or error form are themselves constant.
25590 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
25591 special constants like @code{pi} and @code{e}.
25593 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
25594 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
25595 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
25596 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25597 literally an integer constant.
25599 @ignore
25600 @starindex
25601 @end ignore
25602 @tindex refers
25603 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25604 @expr{b} appears in @expr{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25605 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25606 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25607 @code{refers} will be left unevaluated is if @expr{a} is a plain
25608 variable (different from @expr{b}).
25610 @ignore
25611 @starindex
25612 @end ignore
25613 @tindex negative
25614 The @samp{negative(a)} function returns true if @expr{a} ``looks'' negative,
25615 because it is a negative number, because it is of the form @expr{-x},
25616 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25617 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25618 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @expr{a}, so it can only
25619 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25620 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25621 as a rewrite rule condition).
25623 @ignore
25624 @starindex
25625 @end ignore
25626 @tindex variable
25627 The @samp{variable(a)} function is true if @expr{a} is a variable,
25628 or false if not.  If @expr{a} is a function call, this test is left
25629 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25630 are considered variables like any others by this test.
25632 @ignore
25633 @starindex
25634 @end ignore
25635 @tindex nonvar
25636 The @samp{nonvar(a)} function is true if @expr{a} is a non-variable.
25637 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25638 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25639 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25640 often good enough.
25642 @ignore
25643 @starindex
25644 @end ignore
25645 @tindex lin
25646 @ignore
25647 @starindex
25648 @end ignore
25649 @tindex linnt
25650 @ignore
25651 @starindex
25652 @end ignore
25653 @tindex islin
25654 @ignore
25655 @starindex
25656 @end ignore
25657 @tindex islinnt
25658 @cindex Linearity testing
25659 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25660 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25661 @expr{a + b x} for some constants @expr{a} and @expr{b}, and some
25662 variable or subformula @expr{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25663 if formula @expr{f} is linear in @expr{x}, returning 1 if so.  For
25664 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25665 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25666 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25667 @expr{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25668 @expr{[0, 1, x]}, @expr{[0, -1, x]}, @expr{[3, 0, x]}, and
25669 @expr{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25670 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25671 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25672 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25673 returns true.
25675 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25676 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25677 @expr{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25678 returns @expr{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @expr{[y, 0, x]},
25679 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25680 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25681 linear in @expr{x}).
25683 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25684 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25685 formula.  Here, the @expr{a=0}, @expr{b=1} case is also considered
25686 trivial, and only constant values for @expr{a} and @expr{b} are
25687 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @expr{[0, 2, x y]},
25688 @samp{lin(2 - x y)} returns @expr{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25689 returns @expr{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25690 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25691 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25692 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25694 @ignore
25695 @starindex
25696 @end ignore
25697 @tindex istrue
25698 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @expr{a} is a nonzero
25699 number or provably nonzero formula, or 0 if @expr{a} is anything else.
25700 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25701 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25702 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25703 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25704 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25705 in symbolic form.)
25707 @node Rewrite Rules,  , Logical Operations, Algebra
25708 @section Rewrite Rules
25710 @noindent
25711 @cindex Rewrite rules
25712 @cindex Transformations
25713 @cindex Pattern matching
25714 @kindex a r
25715 @pindex calc-rewrite
25716 @tindex rewrite
25717 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25718 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25719 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25720 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25721 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25722 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25723 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25724 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25725 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25727 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25728 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25729 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25730 entries are being parsed, converting strings of characters into
25731 Calc formulas.
25733 @menu
25734 * Entering Rewrite Rules::
25735 * Basic Rewrite Rules::
25736 * Conditional Rewrite Rules::
25737 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25738 * Other Features of Rewrite Rules::
25739 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25740 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25741 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25742 * Selections with Rewrite Rules::
25743 * Matching Commands::
25744 * Automatic Rewrites::
25745 * Debugging Rewrites::
25746 * Examples of Rewrite Rules::
25747 @end menu
25749 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25750 @subsection Entering Rewrite Rules
25752 @noindent
25753 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25754 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25755 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25756 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25757 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25758 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25759 assignments in special ways.
25761 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25762 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25763 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
25764 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
25765 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
25767 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
25768 rules.
25770 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
25771 in several ways:
25773 @enumerate
25774 @item
25775 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) @key{RET}}.
25776 @item
25777 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] @key{RET}}.
25778 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
25779 @item
25780 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
25781 @kbd{myrules @key{RET}}.
25782 @item
25783 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
25784 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
25785 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
25786 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
25787 @item
25788 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
25789 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
25790 rewritten will come from the second-to-top position).
25791 @end enumerate
25793 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
25794 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
25795 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
25797 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
25798 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
25799 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
25800 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
25801 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
25802 @pxref{Operations on Variables}.
25804 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
25805 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
25806 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
25807 through that variable, they will be compiled once and saved away
25808 along with the variable for later reference.  This is another good
25809 reason to store your rules in a variable.
25811 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
25812 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
25813 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
25815 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
25816 @subsection Basic Rewrite Rules
25818 @noindent
25819 To match a particular formula @expr{x} with a particular rewrite rule
25820 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @expr{x} with
25821 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
25822 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @expr{x}
25823 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
25824 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
25825 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
25826 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
25827 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
25828 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
25829 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
25831 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
25832 corresponding sub-formulas of @expr{x} must be identical.  Thus
25833 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
25834 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
25835 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
25837 Things other than variables must match exactly between the pattern
25838 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
25839 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
25840 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
25841 @samp{sin(a)+y}.
25843 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
25844 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
25845 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
25846 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
25848 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
25849 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
25850 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
25851 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
25852 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
25854 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
25855 throughout the target formula until no further changes are possible
25856 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
25857 change at a time.
25859 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
25860 @subsection Conditional Rewrite Rules
25862 @noindent
25863 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
25864 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
25865 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
25866 is present in the
25867 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
25868 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
25869 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
25870 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
25871 with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}).  If the result is a nonzero
25872 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
25873 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
25874 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
25875 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
25876 1 or 0 according to the results of various tests.
25878 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @expr{n}
25879 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
25880 @expr{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
25881 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
25882 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
25883 (assuming no outstanding declarations for @expr{a}).  In the case of
25884 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
25885 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
25886 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
25888 While Calc will use declarations to reason about variables in the
25889 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
25890 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
25891 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
25892 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
25893 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
25894 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
25895 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
25896 the condition.
25898 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
25899 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
25900 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
25902 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
25903 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
25905 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
25906 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
25907 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
25908 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
25909 decides when it is best to test each condition while a rule is being
25910 matched.
25912 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
25913 system and are tested very efficiently:  Where @expr{x} is any
25914 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
25915 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @expr{y}
25916 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
25917 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
25918 where @expr{a} and @expr{b} are constants.  Other conditions, like
25919 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
25920 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
25922 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
25923 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
25924 because conditions often are expressions that cannot safely be
25925 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
25926 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
25927 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
25928 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
25929 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
25930 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
25932 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
25933 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
25934 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
25935 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
25936 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
25937 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
25938 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
25939 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
25940 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
25942 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
25943 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
25945 @noindent
25946 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
25947 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
25948 the associativity and commutativity of the following functions into
25949 account:
25951 @smallexample
25952 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
25953 @end smallexample
25955 For example, the rewrite rule:
25957 @example
25958 a x + b x  :=  (a + b) x
25959 @end example
25961 @noindent
25962 will match formulas of the form,
25964 @example
25965 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
25966 @end example
25968 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
25969 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
25971 @example
25972 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
25973 @end example
25975 @noindent
25976 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
25978 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
25979 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
25980 will take whichever suitable pair it discovers first.
25982 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
25983 will try @var{2 n} different ways to match a sum of @var{n} terms
25984 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
25985 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
25986 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
25987 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
25988 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
25989 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
25991 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
25992 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
25993 Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
25994 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
25995 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
25996 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
25997 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
25998 enable Matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
25999 from occurring.
26001 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
26002 the rule
26004 @example
26005 f(-x)  :=  -f(x)
26006 @end example
26008 @noindent
26009 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
26010 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
26011 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
26012 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
26013 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
26014 condition is:
26016 @example
26017 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
26018 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
26019 @end example
26021 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
26022 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
26024 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
26025 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
26026 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
26027 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
26029 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
26030 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
26031 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
26032 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
26033 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
26034 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
26035 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
26036 because while few mathematical operations are substantively different
26037 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
26038 of multiplication, division, and integer powers separately.
26040 Even more subtle is the rule set
26042 @example
26043 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
26044 @end example
26046 @noindent
26047 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
26048 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
26049 the above two rules in turn, but actually this will not work because
26050 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
26051 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
26052 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
26053 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
26054 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
26055 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
26056 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
26057 rule will have to be added.
26059 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
26060 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
26061 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
26062 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
26063 of the above rule for complex numbers would be
26065 @example
26066 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
26067 @end example
26069 @noindent
26070 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
26071 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
26072 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
26073 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
26074 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
26075 conjugate of a real number.)
26077 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
26079 @example
26080 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
26081 @end example
26083 @noindent
26084 will match the formula
26086 @example
26087 5 (x^2 - 4) + 3 x
26088 @end example
26090 @noindent
26091 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
26092 formulas like
26094 @example
26095 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
26096 @end example
26098 @noindent
26099 producing, respectively,
26101 @example
26102 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
26103 @end example
26105 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
26106 have been turned off with @kbd{m O}.)
26108 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
26109 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
26110 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
26111 with @samp{a = -1}.
26113 In particular, the distributive-law rule can be refined to
26115 @example
26116 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
26117 @end example
26119 @noindent
26120 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
26122 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
26123 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
26124 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
26125 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
26126 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
26127 @samp{x/z} is considered linear with @expr{b = 1/z} by @code{lin},
26128 but it will not match the above pattern because that pattern calls
26129 for a multiplication, not a division.
26131 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
26132 by 1,
26134 @example
26135 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
26136 @end example
26138 @noindent
26139 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
26140 an equal factor.  Here's a more successful rule:
26142 @example
26143 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
26144 @end example
26146 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
26147 because one @expr{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
26149 Calc automatically converts a rule like
26151 @example
26152 f(x-1, x)  :=  g(x)
26153 @end example
26155 @noindent
26156 into the form
26158 @example
26159 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
26160 @end example
26162 @noindent
26163 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
26164 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
26165 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
26166 respectively, then verifying that they differ by one even though
26167 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
26169 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
26170 following rule,
26172 @example
26173 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
26174 @end example
26176 @noindent
26177 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
26178 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
26179 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
26180 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
26181 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
26182 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
26183 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
26185 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
26186 You could make this resemble the original form more closely by using
26187 @code{let} notation, which is described in the next section:
26189 @example
26190 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
26191 @end example
26193 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
26194 which involves only the functions in the following list, operating
26195 only on constants and meta-variables which have already been matched
26196 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
26197 careful to match arguments which are plain variables before arguments
26198 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
26199 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
26200 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
26202 @smallexample
26203 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
26204 max min  re im conj arg
26205 @end smallexample
26207 You can suppress all of the special treatments described in this
26208 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
26209 This marker causes the function call which is its argument to be
26210 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
26211 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
26212 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
26213 For example,
26215 @example
26216 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
26217 @end example
26219 @noindent
26220 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
26221 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
26222 commutativity and associativity is still considered while matching
26223 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
26224 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
26225 further and use
26227 @example
26228 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
26229 @end example
26231 @noindent
26232 which would do a completely strict match for the pattern.
26234 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
26235 function name but also the arguments must be literally the same.
26236 The above pattern will match @samp{x - x y} but
26238 @example
26239 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
26240 @end example
26242 @noindent
26243 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
26245 @example
26246 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
26247 @end example
26249 @noindent
26250 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
26251 effect!
26253 A certain amount of algebra is also done when substituting the
26254 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
26255 in the rule
26257 @example
26258 a + f(b)  :=  f(a + b)
26259 @end example
26261 @noindent
26262 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
26263 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
26264 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
26265 the default simplifications would do this anyway, so this
26266 special simplification is only noticeable if you have turned the
26267 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
26268 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
26269 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
26270 marker on the righthand side:
26272 @example
26273 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
26274 @end example
26276 @noindent
26277 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
26278 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
26279 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
26281 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26282 @subsection Other Features of Rewrite Rules
26284 @noindent
26285 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
26286 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
26287 markers that work inside a pattern; then come the markers that
26288 work in the righthand side of a rule.
26290 @ignore
26291 @starindex
26292 @end ignore
26293 @tindex import
26294 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
26295 rule.  Here @expr{x} is the name of a variable containing another
26296 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
26297 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
26298 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
26299 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
26300 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
26301 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
26302 the rule set @expr{x} with all occurrences of 
26303 @texline @math{v_1},
26304 @infoline @expr{v1}, 
26305 as either a variable name or a function name, replaced with 
26306 @texline @math{x_1}
26307 @infoline @expr{x1} 
26308 and so on.  (If 
26309 @texline @math{v_1}
26310 @infoline @expr{v1} 
26311 is used as a function name, then 
26312 @texline @math{x_1}
26313 @infoline @expr{x1}
26314 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
26315 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
26316 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
26317 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
26318 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
26320 The special functions allowed in patterns are:
26322 @table @samp
26323 @item quote(x)
26324 @ignore
26325 @starindex
26326 @end ignore
26327 @tindex quote
26328 This pattern matches exactly @expr{x}; variable names in @expr{x} are
26329 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
26330 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
26331 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
26332 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
26333 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
26334 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
26335 as a result in this case.)
26337 @item plain(x)
26338 @ignore
26339 @starindex
26340 @end ignore
26341 @tindex plain
26342 Here @expr{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
26343 pattern matches a call to function @expr{f} with the specified
26344 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
26345 function @expr{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
26346 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
26347 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
26348 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
26349 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
26351 @item opt(x,def)
26352 @ignore
26353 @starindex
26354 @end ignore
26355 @tindex opt
26356 Here @expr{x} must be a variable name.  This must appear as an
26357 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
26358 the argument or element is optional.
26359 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
26360 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
26361 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
26362 binding one summand to @expr{x} and the other to @expr{y}, and it
26363 matches anything else by binding the whole expression to @expr{x} and
26364 zero to @expr{y}.  The other operators above work similarly.
26366 For general miscellaneous functions, the default value @code{def}
26367 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
26368 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
26369 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
26370 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @expr{b} are
26371 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
26372 the literal variable @expr{b} will be the default in the latter
26373 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @expr{b}.
26374 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
26376 @item condition(x,c)
26377 @ignore
26378 @starindex
26379 @end ignore
26380 @tindex condition
26381 @tindex ::
26382 This matches the pattern @expr{x}, with the attached condition
26383 @expr{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
26385 @item pand(x,y)
26386 @ignore
26387 @starindex
26388 @end ignore
26389 @tindex pand
26390 @tindex &&&
26391 This matches anything that matches both pattern @expr{x} and
26392 pattern @expr{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
26393 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
26395 @item por(x,y)
26396 @ignore
26397 @starindex
26398 @end ignore
26399 @tindex por
26400 @tindex |||
26401 This matches anything that matches either pattern @expr{x} or
26402 pattern @expr{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
26404 @item pnot(x)
26405 @ignore
26406 @starindex
26407 @end ignore
26408 @tindex pnot
26409 @tindex !!!
26410 This matches anything that does not match pattern @expr{x}.
26411 It is the same as @samp{!!! x}.
26413 @item cons(h,t)
26414 @ignore
26415 @mindex cons
26416 @end ignore
26417 @tindex cons (rewrites)
26418 This matches any vector of one or more elements.  The first
26419 element is matched to @expr{h}; a vector of the remaining
26420 elements is matched to @expr{t}.  Note that vectors of fixed
26421 length can also be matched as actual vectors:  The rule
26422 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
26423 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
26425 @item rcons(t,h)
26426 @ignore
26427 @mindex rcons
26428 @end ignore
26429 @tindex rcons (rewrites)
26430 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
26431 is matched to @expr{h}, with the remaining elements matched
26432 to @expr{t}.
26434 @item apply(f,args)
26435 @ignore
26436 @mindex apply
26437 @end ignore
26438 @tindex apply (rewrites)
26439 This matches any function call.  The name of the function, in
26440 the form of a variable, is matched to @expr{f}.  The arguments
26441 of the function, as a vector of zero or more objects, are
26442 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
26443 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
26444 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
26445 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
26446 matches any function call with exactly two arguments, and
26447 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
26448 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
26449 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
26450 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
26451 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
26452 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
26454 @example
26455 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
26456    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
26457 @end example
26459 Note, however, that this will be slower to match than a rule
26460 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
26461 the rules of a rule set according to top-level function name;
26462 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
26463 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
26464 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
26465 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
26467 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
26468 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
26469 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
26471 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
26472 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
26473 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
26474 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
26475 Also note that you will have to use No-Simplify mode (@kbd{m O})
26476 when entering this rule so that the @code{apply} isn't
26477 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
26478 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
26479 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
26480 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
26482 @item select(x)
26483 @ignore
26484 @starindex
26485 @end ignore
26486 @tindex select
26487 This is used for applying rules to formulas with selections;
26488 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
26489 @end table
26491 Special functions for the righthand sides of rules are:
26493 @table @samp
26494 @item quote(x)
26495 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
26496 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
26497 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
26498 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
26499 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
26500 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
26501 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
26502 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
26503 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
26504 protecting rules from evaluation.)
26506 @item plain(x)
26507 Special properties of and simplifications for the function call
26508 @expr{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
26509 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
26510 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
26511 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
26512 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
26513 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
26515 @item cons(h,t)
26516 Where @expr{t} is a vector, this is converted into an expanded
26517 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
26518 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
26519 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
26520 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
26521 have been turned off.
26523 @item rcons(t,h)
26524 Analogous to @code{cons} except putting @expr{h} at the @emph{end} of
26525 the vector @expr{t}.
26527 @item apply(f,args)
26528 Where @expr{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
26529 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
26530 is also a regular Calc function.
26532 @item eval(x)
26533 @ignore
26534 @starindex
26535 @end ignore
26536 @tindex eval
26537 The formula @expr{x} is handled in the usual way, then the
26538 default simplifications are applied to it even if they have
26539 been turned off normally.  This allows you to treat any function
26540 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
26541 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
26542 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
26543 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
26545 @item evalsimp(x)
26546 @ignore
26547 @starindex
26548 @end ignore
26549 @tindex evalsimp
26550 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the usual
26551 way, then algebraically simplified as if by the @kbd{a s} command.
26553 @item evalextsimp(x)
26554 @ignore
26555 @starindex
26556 @end ignore
26557 @tindex evalextsimp
26558 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the normal
26559 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
26561 @item select(x)
26562 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
26563 @end table
26565 There are also some special functions you can use in conditions.
26567 @table @samp
26568 @item let(v := x)
26569 @ignore
26570 @starindex
26571 @end ignore
26572 @tindex let
26573 The expression @expr{x} is evaluated with meta-variables substituted.
26574 The @kbd{a s} command's simplifications are @emph{not} applied by
26575 default, but @expr{x} can include calls to @code{evalsimp} or
26576 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
26577 of simplification.  The
26578 result of @expr{x} is then bound to the meta-variable @expr{v}.  As
26579 usual, if this meta-variable has already been matched to something
26580 else the two values must be equal; if the meta-variable is new then
26581 it is bound to the result of the expression.  This variable can then
26582 appear in later conditions, and on the righthand side of the rule.
26583 In fact, @expr{v} may be any pattern in which case the result of
26584 evaluating @expr{x} is matched to that pattern, binding any
26585 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
26586 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
26587 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
26588 an @samp{||} term or otherwise buried.
26590 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
26591 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
26592 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
26593 in the main part of a rewrite rule.
26595 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
26596 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
26597 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
26598 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
26599 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
26600 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
26601 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
26602 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
26603 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
26604 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
26605 be bound to @code{ia}.
26607 Here's another example, for integrating cosines of linear
26608 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
26609 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
26610 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
26611 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
26612 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
26613 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
26614 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
26615 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
26616 rearrangement of the argument of the sine.)
26618 @ignore
26619 @starindex
26620 @end ignore
26621 @tindex ierf
26622 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
26623 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
26624 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
26625 where the first number is the desired solution.  If no solution
26626 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
26627 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
26629 @example
26630 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
26631 @end example
26633 @item matches(v,p)
26634 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
26635 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
26636 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
26637 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
26638 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
26639 extra feature that meta-variables which are bound to things
26640 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
26641 rule.
26643 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
26644 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
26645 the default simplifications, while the latter does not.
26647 @item remember
26648 @vindex remember
26649 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
26650 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
26651 the original expression and rewritten expression are added to the
26652 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
26653 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26654 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26655 contains any variables.
26657 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26658 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26659 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26660 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26661 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26662 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26664 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26665 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26666 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26667 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26668 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26669 be added to the rule set and will continue to operate even if
26670 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26672 @item remember(c)
26673 @ignore
26674 @starindex
26675 @end ignore
26676 @tindex remember
26677 Remember the match as described above, but only if condition @expr{c}
26678 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26679 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26680 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26681 @end table
26683 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26684 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26686 @noindent
26687 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26688 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26689 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26690 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26691 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26693 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26694 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26695 the context of rewrite rule patterns.
26697 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26698 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26699 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26700 here is a rule that operates on error forms:
26702 @example
26703 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26704 @end example
26706 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26708 @example
26709 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26710 @end example
26712 @ignore
26713 @starindex
26714 @end ignore
26715 @tindex ends
26716 Here's another interesting example:
26718 @example
26719 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26720 @end example
26722 @noindent
26723 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26724 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26725 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26727 @example
26728 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26729 @end example
26731 @noindent
26732 would do the same thing except that it would fail to match a
26733 one-element vector.
26735 @tex
26736 \bigskip
26737 @end tex
26739 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26740 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26741 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26743 @ignore
26744 @starindex
26745 @end ignore
26746 @tindex curve
26747 A simple example of @samp{|||} is
26749 @example
26750 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26751 @end example
26753 @noindent
26754 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26756 Here is a larger example:
26758 @example
26759 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26760 @end example
26762 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26763 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
26764 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
26766 (In practice this rule would probably include a third alternative,
26767 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
26769 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
26770 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
26771 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
26772 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
26773 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
26774 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
26775 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
26776 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
26778 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
26779 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
26780 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
26781 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
26783 @example
26784 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
26785 @end example
26787 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
26788 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
26790 @tex
26791 \bigskip
26792 @end tex
26794 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
26795 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
26796 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
26798 For example,
26800 @example
26801 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
26802 @end example
26804 @noindent
26805 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
26806 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
26807 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
26809 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
26810 then an equivalent rule would be:
26812 @example
26813 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
26814 @end example
26816 @noindent
26817 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
26818 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
26819 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
26820 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
26821 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
26822 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
26823 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
26825 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
26826 elsewhere in the pattern.  For example,
26828 @example
26829 f(a, !!!a)  :=  g(a)
26830 @end example
26832 @noindent
26833 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
26834 this to @code{g} with only the first argument.
26836 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
26837 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
26838 matched last.  Thus
26840 @example
26841 f(!!!a, a)  :=  g(a)
26842 @end example
26844 @noindent
26845 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
26846 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
26847 first argument of @code{f} first, the results would have been
26848 disastrous: since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
26849 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
26850 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
26852 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
26853 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
26855 @noindent
26856 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
26857 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
26858 to any part of the expression, starting with the whole expression
26859 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
26860 For each part of the expression, the rules are tried in the order
26861 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
26862 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
26863 to the @var{new} part of the rule.
26865 Often, the rule set will match and change the formula several times.
26866 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
26867 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
26868 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
26869 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
26870 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
26871 to match).  This continues until no further matches can be made
26872 anywhere in the formula.
26874 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
26875 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
26876 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
26877 side actually comes out to something different than the original
26878 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
26879 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
26880 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
26881 run forever switching a formula back and forth between the two
26882 forms.
26884 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
26885 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
26886 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
26887 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
26888 halt any Emacs command prematurely.)
26890 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
26891 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
26892 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
26893 rewriting is not what is called for by your application).
26895 @ignore
26896 @starindex
26897 @end ignore
26898 @ignore
26899 @mindex iter@idots
26900 @end ignore
26901 @tindex iterations
26902 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
26903 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
26904 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
26905 number of iterations for this rule set.  You can use
26906 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
26907 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
26908 rule set.
26910 @example
26911 [ iterations(1),
26912   f(x) := f(x+1) ]
26913 @end example
26915 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
26916 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
26917 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
26918 default simplifications, is different from the original sub-formula
26919 that was matched.
26921 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
26923 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
26924 substitute the top-level expression up to that many times, but
26925 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
26927 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
26928 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
26929 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
26930 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
26931 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
26932 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
26933 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
26934 are omitted, 100 is used.
26936 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26937 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
26939 @noindent
26940 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
26941 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
26942 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
26943 phases occur during the rewriting process.
26945 @ignore
26946 @starindex
26947 @end ignore
26948 @tindex phase
26949 @vindex all
26950 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
26951 vector in place of a rule, all rules following that point will be
26952 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
26953 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
26954 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
26955 this is the default at the start of the rule set.
26957 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
26958 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
26959 ascending order.  For example, the rule set
26961 @example
26962 @group
26963 [ f0(x) := g0(x),
26964   phase(1),
26965   f1(x) := g1(x),
26966   phase(2),
26967   f2(x) := g2(x),
26968   phase(3),
26969   f3(x) := g3(x),
26970   phase(1,2),
26971   f4(x) := g4(x) ]
26972 @end group
26973 @end example
26975 @noindent
26976 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
26977 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
26978 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
26979 and @code{f3}.
26981 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
26982 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
26983 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
26984 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
26985 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
26986 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
26987 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
26988 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
26989 100 by default, is reached.)
26991 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
26992 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
26993 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
26994 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
26995 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
26996 in the formula.
26998 @ignore
26999 @starindex
27000 @end ignore
27001 @tindex schedule
27002 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
27003 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
27004 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
27005 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
27006 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
27007 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
27008 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
27009 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
27010 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
27011 moving on to phase 3.
27013 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
27014 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
27015 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
27016 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
27017 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
27018 to the formula, repeats these two phases until they can make no
27019 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
27020 touches.
27022 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
27023 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
27024 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
27025 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
27026 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
27027 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
27028 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
27030 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
27031 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
27032 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
27033 will be faster if these groups are identified as separate phases.
27034 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
27035 spend any time on them while it works on phase 2.
27037 There are also some problems that can only be solved with several
27038 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
27039 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
27040 command to convert a model expression to linear form.
27041 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
27042 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
27043 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
27044 linear components have been picked out, the final phase includes the
27045 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
27046 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
27047 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
27049 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
27050 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
27051 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
27052 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
27053 rules were finished, some components might be put away into vectors
27054 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
27055 two separate phases, this problem is neatly avoided.
27057 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
27058 @subsection Selections with Rewrite Rules
27060 @noindent
27061 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
27062 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
27063 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
27064 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
27065 specific part of a formula without affecting any other parts.
27067 @kindex j r
27068 @pindex calc-rewrite-selection
27069 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
27070 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
27071 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
27072 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
27073 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
27074 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
27075 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
27076 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
27078 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
27079 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
27080 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
27081 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
27082 include references to @code{select} to tell where in the pattern
27083 the selected sub-formula should appear.
27085 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
27086 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
27087 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
27088 formula will be unselected.
27090 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
27091 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
27092 allows you to use the current selection in more flexible ways.
27093 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
27094 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
27095 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
27096 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
27097 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
27099 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
27100 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
27101 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
27102 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
27104 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
27105 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
27106 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
27107 at stack level 1.)
27109 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
27110 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
27111 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
27112 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
27113 target and the rewrite rules).
27115 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
27116 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
27117 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
27118 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
27119 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
27120 to apply anywhere in the formula.
27122 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
27123 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
27124 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
27125 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
27126 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
27127 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
27128 both with and without selections.
27130 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
27131 @subsection Matching Commands
27133 @noindent
27134 @kindex a m
27135 @pindex calc-match
27136 @tindex match
27137 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
27138 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
27139 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
27140 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
27141 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
27142 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
27143 you can give a blank response in which case the patterns are taken
27144 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
27145 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
27146 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
27147 of the patterns.
27149 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
27150 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
27152 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
27154 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
27155 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
27156 all the positive vector elements.
27158 @kindex I a m
27159 @tindex matchnot
27160 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
27161 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
27163 @ignore
27164 @starindex
27165 @end ignore
27166 @tindex matches
27167 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
27168 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
27169 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
27170 conditional clauses of other rewrite rules.
27172 @ignore
27173 @starindex
27174 @end ignore
27175 @tindex vmatches
27176 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
27177 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
27178 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
27179 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
27180 If the match fails, the function returns the number 0.
27182 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
27183 @subsection Automatic Rewrites
27185 @noindent
27186 @cindex @code{EvalRules} variable
27187 @vindex EvalRules
27188 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
27189 results, effectively adding to the built-in set of default
27190 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
27191 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
27192 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
27194 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
27195 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
27196 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
27197 set would be,
27199 @smallexample
27200 @group
27201 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
27202   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
27203 @end group
27204 @end smallexample
27206 To apply these manually, you could put them in a variable called
27207 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
27208 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
27209 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
27210 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
27211 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming Degrees mode) result in
27212 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
27214 As each level of a formula is evaluated, the rules from
27215 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
27216 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
27217 Note that this is different from the usual order of application of
27218 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
27219 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
27220 applies rules from the top down.
27222 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
27223 override the normal behavior of any built-in Calc function.
27225 It is important not to write a rule that will get into an infinite
27226 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
27227 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
27228 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
27229 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
27230 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
27231 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
27232 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
27233 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
27234 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
27235 or ran too long'' message.
27237 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
27238 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
27239 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @expr{n} is
27240 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
27241 if the righthand side literally becomes the original formula before any
27242 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
27243 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
27244 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
27245 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
27246 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
27247 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
27248 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
27249 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
27251 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
27252 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
27253 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
27254 the default simplifications to simplify the result and compares again
27255 (and again fails if the formula has simplified back to its original
27256 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
27257 same rules will come back into play when the default simplifications
27258 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
27259 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
27260 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
27261 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
27262 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
27263 the rewrite mechanism itself.)
27265 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
27266 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
27267 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
27268 The rules are always repeated as many times as possible.
27270 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
27271 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
27272 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
27273 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
27274 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
27275 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
27276 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
27277 will not work as part of @code{EvalRules}.
27279 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
27280 functions directly rather than going through the default simplifications.
27281 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
27282 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
27283 number @expr{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
27284 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
27285 than applying the default simplifications to this formula.  So an
27286 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
27287 would not apply.  (However, if you put Calc into Symbolic mode so that
27288 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
27289 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
27290 number were @expr{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
27291 then Symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
27292 evaluated exactly to 5.)
27294 One subtle restriction that normally only manifests itself with
27295 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
27296 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
27297 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
27298 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
27299 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
27300 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
27301 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
27302 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
27303 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
27304 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
27305 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
27306 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
27308 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
27309 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
27311 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
27312 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
27313 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
27314 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
27315 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
27316 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
27317 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
27319 @smallexample
27320 apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) :: in(f, [ln, log10])
27321 @end smallexample
27323 @noindent
27324 may seem more ``efficient'' than two separate rules for @code{ln} and
27325 @code{log10}, but actually it is vastly less efficient because rules
27326 with @code{apply} as the top-level pattern must be tested against
27327 @emph{every} function call that is simplified.
27329 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
27330 @vindex AlgSimpRules
27331 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
27332 but only when @kbd{a s} is used to simplify the formula.  The variable
27333 @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.  The @kbd{a s} command
27334 will apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules} to the formula, as
27335 well as all of its built-in simplifications.
27337 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
27338 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
27339 command with an infinite repeat count as the first step of @kbd{a s}.
27340 It then applies its own built-in simplifications throughout the
27341 formula, and then repeats these two steps (along with applying the
27342 default simplifications) until no further changes are possible.
27344 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
27345 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
27346 @vindex ExtSimpRules
27347 @vindex UnitSimpRules
27348 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
27349 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
27350 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
27351 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
27352 only during integration by @kbd{a i}.
27354 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
27355 @subsection Debugging Rewrites
27357 @noindent
27358 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
27359 record some useful information there as it operates.  The original
27360 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
27361 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
27362 noted.
27364 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
27365 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
27367 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
27368 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
27369 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
27370 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
27371 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
27372 be needlessly slow.
27374 @node Examples of Rewrite Rules,  , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
27375 @subsection Examples of Rewrite Rules
27377 @noindent
27378 Returning to the example of substituting the pattern
27379 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
27380 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
27381 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
27382 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
27383 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
27384 but at the expense of making some changes that you might not desire.
27386 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
27387 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
27388 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
27389 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
27390 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
27391 ignored by the regular @kbd{a r} command
27392 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).
27394 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
27395 This will simplify the formula whenever @expr{b} and/or @expr{c} can
27396 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
27397 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
27398 Symbolic mode has been enabled to keep the square root from being
27399 evaluated to a floating-point approximation).  This rule is also
27400 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
27401 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
27403 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
27404 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
27405 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
27406 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
27407 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
27408 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
27409 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
27410 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
27411 the keyboard macro @kbd{' tri($) @key{RET}} to make a command that applies
27412 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
27414 @cindex Quaternions
27415 The following rule set, contributed by 
27416 @texline Fran\c cois
27417 @infoline Francois
27418 Pinard, implements @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of
27419 complex numbers.  Quaternions have four components, and are here
27420 represented by function calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y},
27421 @var{z}])} with ``real part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts
27422 collected into a vector.  Various arithmetical operations on quaternions
27423 are supported.  To use these rules, either add them to @code{EvalRules},
27424 or create a command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion
27425 formulas.  A convenient way to enter quaternions would be a command
27426 defined by a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $])
27427 @key{RET}}.
27429 @smallexample
27430 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
27431   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
27432   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
27433   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
27434   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
27435   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
27436   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
27437   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
27438   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
27439      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
27440   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
27441   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
27442   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
27443   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
27444   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
27445                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
27446   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
27447                :: integer(k) :: k > 2,
27448   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
27449 @end smallexample
27451 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
27452 In other words, @expr{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
27453 @expr{q1} and @expr{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
27454 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
27455 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
27456 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
27457 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
27459 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
27460 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
27461 results in the four-argument form, just append the two items
27462 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
27463 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
27464 in @code{EvalRules}.)
27466 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
27467 @chapter Operating on Units
27469 @noindent
27470 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
27471 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
27472 per second squared.''  The commands in this chapter help you
27473 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
27474 begin with the @kbd{u} prefix key.
27476 @menu
27477 * Basic Operations on Units::
27478 * The Units Table::
27479 * Predefined Units::
27480 * User-Defined Units::
27481 @end menu
27483 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
27484 @section Basic Operations on Units
27486 @noindent
27487 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
27488 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
27489 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
27490 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
27491 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
27492 where the command applies to all units expressions which appear in the
27493 formula.
27495 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
27496 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
27497 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
27498 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
27499 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
27500 @pxref{User-Defined Units}.
27502 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
27503 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
27504 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
27505 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
27506 representation of one millimeter.
27508 You may find that Algebraic mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
27509 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
27510 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
27512 @kindex u s
27513 @pindex calc-simplify-units
27514 @ignore
27515 @mindex usimpl@idots
27516 @end ignore
27517 @tindex usimplify
27518 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
27519 simplifies a units
27520 expression.  It uses @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) to simplify the
27521 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
27522 features that can be further simplified by converting one object's units
27523 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
27524 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
27525 added, the righthand term's units are converted to match those of the
27526 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
27527 automatically at all times.
27529 Units simplification also handles quotients of two units with the same
27530 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
27531 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
27532 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
27533 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
27534 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
27535 applied to units expressions, in which case
27536 the operation in question is applied only to the numeric part of the
27537 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
27538 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.
27540 @kindex u c
27541 @pindex calc-convert-units
27542 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
27543 expression to new, compatible units.  For example, given the units
27544 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
27545 @samp{24.5872 m/s}.  If you have previously converted a units expression
27546 with the same type of units (in this case, distance over time), you will
27547 be offered the previous choice of new units as a default.  Continuing
27548 the above example, entering the units expression @samp{100 km/hr} and
27549 typing @kbd{u c @key{RET}} (without specifying new units) produces
27550 @samp{27.7777777778 m/s}.
27552 While many of Calc's conversion factors are exact, some are necessarily
27553 approximate.  If Calc is in fraction mode (@pxref{Fraction Mode}), then
27554 unit conversions will try to give exact, rational conversions, but it
27555 isn't always possible.  Given @samp{55 mph} in fraction mode, typing 
27556 @kbd{u c m/s @key{RET}} produces  @samp{15367:625 m/s}, for example, 
27557 while typing @kbd{u c au/yr @key{RET}} produces 
27558 @samp{5.18665819999e-3 au/yr}.
27560 If the units you request are inconsistent with the original units, the
27561 number will be converted into your units times whatever ``remainder''
27562 units are left over.  For example, converting @samp{55 mph} into acres
27563 produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.  (Recall that multiplication binds
27564 more strongly than division in Calc formulas, so the units here are
27565 acres per meter-second.)  Remainder units are expressed in terms of
27566 ``fundamental'' units like @samp{m} and @samp{s}, regardless of the
27567 input units.
27569 One special exception is that if you specify a single unit name, and
27570 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
27571 that compatible unit will be converted to the new unit and the
27572 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
27573 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
27574 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
27575 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
27576 changed to the base unit @samp{m}.
27578 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
27579 to gain more control over the units of the result of an expression.
27580 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
27581 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
27582 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
27583 in fathoms, if you preferred!)
27585 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
27586 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
27587 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
27588 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
27589 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
27590 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
27591 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
27593 @cindex Composite units
27594 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
27595 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
27596 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
27597 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
27598 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
27599 It then accounts for as much of the input quantity as it can
27600 using an integer number times the largest unit, then moves on
27601 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
27602 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
27603 standard unit names exist for common combinations, such as
27604 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
27605 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
27606 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
27608 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
27609 prompt first for the old units which this value should be considered
27610 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
27611 give are consistent with each other, the result also will not contain
27612 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm @key{RET} in @key{RET}}
27613 converts the number 2 on the stack to 5.08.
27615 @kindex u b
27616 @pindex calc-base-units
27617 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
27618 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
27619 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
27620 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
27622 The @kbd{u c} and @kbd{u b} commands treat temperature units (like
27623 @samp{degC} and @samp{K}) as relative temperatures.  For example,
27624 @kbd{u c} converts @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10
27625 degrees Celsius corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.
27627 @kindex u t
27628 @pindex calc-convert-temperature
27629 @cindex Temperature conversion
27630 The @kbd{u t} (@code{calc-convert-temperature}) command converts
27631 absolute temperatures.  The value on the stack must be a simple units
27632 expression with units of temperature only.  This command would convert
27633 @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the equivalent temperature on the
27634 Fahrenheit scale.
27636 @kindex u r
27637 @pindex calc-remove-units
27638 @kindex u x
27639 @pindex calc-extract-units
27640 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
27641 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
27642 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
27643 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
27644 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
27645 constant 1, then resimplify the formula.
27647 @kindex u a
27648 @pindex calc-autorange-units
27649 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
27650 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
27651 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
27652 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
27653 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
27654 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
27655 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
27656 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
27657 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
27659 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
27660 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
27661 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
27662 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
27663 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
27664 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
27665 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
27666 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
27667 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
27668 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
27669 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
27670 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
27671 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
27672 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
27673 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
27674 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
27676 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
27677 @section The Units Table
27679 @noindent
27680 @kindex u v
27681 @pindex calc-enter-units-table
27682 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
27683 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
27684 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
27685 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
27686 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
27687 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
27688 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
27689 and steradians.
27691 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
27692 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
27693 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
27694 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
27695 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27696 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27698 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27699 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27700 argument to @kbd{u v}.
27702 @kindex u V
27703 @pindex calc-view-units-table
27704 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27705 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27706 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27707 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{C-x * c}
27708 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27709 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27710 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27712 @kindex u g
27713 @pindex calc-get-unit-definition
27714 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27715 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27716 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27717 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27718 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27719 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27720 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27721 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27722 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27724 @kindex u e
27725 @pindex calc-explain-units
27726 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27727 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27728 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27729 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27730 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27731 column of the Units Table.
27733 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27734 @section Predefined Units
27736 @noindent
27737 The definitions of many units have changed over the years.  For example,
27738 the meter was originally defined in 1791 as one ten-millionth of the
27739 distance from the equator to the north pole.  In order to be more
27740 precise, the definition was adjusted several times, and now a meter is
27741 defined as the distance that light will travel in a vacuum in
27742 1/299792458 of a second; consequently, the speed of light in a
27743 vacuum is exactly 299792458 m/s.  Many other units have been
27744 redefined in terms of fundamental physical processes; a second, for
27745 example, is currently defined as 9192631770 periods of a certain
27746 radiation related to the cesium-133 atom.  The only SI unit that is not
27747 based on a fundamental physical process (although there are efforts to
27748 change this) is the kilogram, which was originally defined as the mass
27749 of one liter of water, but is now defined as the mass of the
27750 International Prototype Kilogram (IPK), a cylinder of platinum-iridium
27751 kept at the Bureau International des Poids et Mesures in S@`evres,
27752 France.  (There are several copies of the IPK throughout the world.)
27753 The British imperial units, once defined in terms of physical objects,
27754 were redefined in 1963 in terms of SI units.  The US customary units,
27755 which were the same as British units until the British imperial system
27756 was created in 1824, were also defined in terms of the SI units in 1893.
27757 Because of these redefinitions, conversions between metric, British
27758 Imperial, and US customary units can often be done precisely.
27760 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27761 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27762 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27763 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27764 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27765 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27766 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27767 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27769 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27770 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27771 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27772 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27773 of the various temperature scales.
27775 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27776 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27778 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27779 @tex
27780 for \AA ngstroms.
27781 @end tex
27782 @ifnottex
27783 for Angstroms.
27784 @end ifnottex
27786 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27787 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  This is
27788 slightly different than the point defined by the American Typefounder's
27789 Association in 1886, but the point used by Calc has become standard
27790 largely due to its use by the PostScript page description language.
27791 There is also @code{texpt}, which stands for a printer's point as
27792 defined by the @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 texpt = 1 in}.
27793 Other units used by @TeX{} are available; they are @code{texpc} (a pica),
27794 @code{texbp} (a ``big point'', equal to a standard point which is larger
27795 than the point used by @TeX{}), @code{texdd} (a Didot point),
27796 @code{texcc} (a Cicero) and @code{texsp} (a scaled @TeX{} point, 
27797 all dimensions representable in @TeX{} are multiples of this value).
27799 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27800 because algebra command could mistake this for the special constant
27801 @expr{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
27802 preferable to @code{e}.
27804 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
27805 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
27806 Meanwhile, one ``@expr{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
27808 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
27809 a metric ton of @samp{1000 kg}.
27811 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
27812 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
27814 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
27815 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
27816 constant.  You can use these just like other units: converting
27817 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
27818 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
27819 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
27820 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
27821 units.
27823 Two units, @code{pi} and @code{alpha} (the fine structure constant,
27824 approximately @mathit{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
27825 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
27826 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
27827 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
27828 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
27829 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
27830 really is unitless.)
27832 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
27834 @node User-Defined Units,  , Predefined Units, Units
27835 @section User-Defined Units
27837 @noindent
27838 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
27839 units, as well as ways to define your own new units.
27841 @kindex u 0-9
27842 @pindex calc-quick-units
27843 @vindex Units
27844 @cindex @code{Units} variable
27845 @cindex Quick units
27846 To select your favorite units, store a vector of unit names or
27847 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
27848 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
27849 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
27850 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
27851 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
27852 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
27853 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
27854 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
27855 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
27856 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
27857 to @samp{2.5 ft}.
27859 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
27860 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
27861 variable has no stored value (the default), or if its value is not
27862 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
27863 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
27864 variable; @pxref{Operations on Variables}.
27866 @kindex u d
27867 @pindex calc-define-unit
27868 @cindex User-defined units
27869 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
27870 expression on the top of the stack as the definition for a new,
27871 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
27872 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
27873 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
27874 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
27875 prompted for an optional English description of the unit, which will
27876 appear in the Units Table.
27878 @kindex u u
27879 @pindex calc-undefine-unit
27880 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
27881 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
27882 however.
27884 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
27885 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
27886 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
27887 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
27888 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
27890 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
27891 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
27892 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
27893 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
27894 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
27895 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
27896 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
27897 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
27898 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
27900 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
27901 possible to create user-defined temperature units.
27903 @kindex u p
27904 @pindex calc-permanent-units
27905 @cindex Calc init file, user-defined units
27906 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
27907 units in your Calc init file (the file given by the variable
27908 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so that the
27909 units will still be available in subsequent Emacs sessions.  If there
27910 was already a set of user-defined units in your Calc init file, it
27911 is replaced by the new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to
27912 tell Calc to use a different file for the Calc init file.)
27914 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
27915 @chapter Storing and Recalling
27917 @noindent
27918 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
27919 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
27920 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
27921 to variables use the @kbd{s} prefix key.
27923 @menu
27924 * Storing Variables::
27925 * Recalling Variables::
27926 * Operations on Variables::
27927 * Let Command::
27928 * Evaluates-To Operator::
27929 @end menu
27931 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
27932 @section Storing Variables
27934 @noindent
27935 @kindex s s
27936 @pindex calc-store
27937 @cindex Storing variables
27938 @cindex Quick variables
27939 @vindex q0
27940 @vindex q9
27941 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
27942 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
27943 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
27944 immediately in one of the ``quick'' variables @code{q0} through
27945 @code{q9}.  Or you can enter any variable name.  
27947 @kindex s t
27948 @pindex calc-store-into
27949 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
27950 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
27951 value from the stack and stores it in a variable.
27953 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
27954 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
27955 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
27956 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
27957 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
27958 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
27959 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
27960 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
27962 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
27963 assignments with different variables on their lefthand sides; the
27964 default will be to store all the variables with their corresponding
27965 righthand sides simultaneously.
27967 It is also possible to type an equation or assignment directly at
27968 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
27969 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
27970 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
27971 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
27972 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
27974 @kindex s 0-9
27975 @kindex t 0-9
27976 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
27977 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
27978 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
27979 for trail and time/date commands.)
27981 @kindex s +
27982 @kindex s -
27983 @ignore
27984 @mindex @idots
27985 @end ignore
27986 @kindex s *
27987 @ignore
27988 @mindex @null
27989 @end ignore
27990 @kindex s /
27991 @ignore
27992 @mindex @null
27993 @end ignore
27994 @kindex s ^
27995 @ignore
27996 @mindex @null
27997 @end ignore
27998 @kindex s |
27999 @ignore
28000 @mindex @null
28001 @end ignore
28002 @kindex s n
28003 @ignore
28004 @mindex @null
28005 @end ignore
28006 @kindex s &
28007 @ignore
28008 @mindex @null
28009 @end ignore
28010 @kindex s [
28011 @ignore
28012 @mindex @null
28013 @end ignore
28014 @kindex s ]
28015 @pindex calc-store-plus
28016 @pindex calc-store-minus
28017 @pindex calc-store-times
28018 @pindex calc-store-div
28019 @pindex calc-store-power
28020 @pindex calc-store-concat
28021 @pindex calc-store-neg
28022 @pindex calc-store-inv
28023 @pindex calc-store-decr
28024 @pindex calc-store-incr
28025 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
28026 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
28027 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
28028 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
28029 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
28030 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
28032 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
28033 order of the operands.  If @expr{v} represents the contents of the
28034 variable, and @expr{a} is the value drawn from the stack, then regular
28035 @w{@kbd{s -}} assigns 
28036 @texline @math{v \coloneq v - a},
28037 @infoline @expr{v := v - a}, 
28038 but @kbd{I s -} assigns
28039 @texline @math{v \coloneq a - v}.
28040 @infoline @expr{v := a - v}.  
28041 While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
28042 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
28043 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
28044 forwards and backwards:
28046 @example
28047 @group
28048 s +        v := v + a          v := a + v
28049 s -        v := v - a          v := a - v
28050 s *        v := v * a          v := a * v
28051 s /        v := v / a          v := a / v
28052 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
28053 s |        v := v | a          v := a | v
28054 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
28055 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
28056 s [        v := v - 1          v := 1 - v
28057 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
28058 @end group
28059 @end example
28061 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
28062 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
28063 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
28064 minus-two minus the variable.
28066 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
28067 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
28068 arithmetic stores that don't remove the value @expr{a} from the stack.
28070 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
28071 Trail for your information.  They signal an error if the variable
28072 previously had no stored value.  If default simplifications have been
28073 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
28074 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
28075 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
28076 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
28078 @kindex s m
28079 @pindex calc-store-map
28080 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
28081 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
28082 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
28083 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
28084 all you do is type the Calc command key that would invoke that
28085 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
28086 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
28087 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
28088 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
28089 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
28090 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
28092 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
28093 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
28094 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @expr{a}
28095 on the stack computes @expr{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
28096 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
28097 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
28098 equivalent to @kbd{I s -}.
28100 @kindex s x
28101 @pindex calc-store-exchange
28102 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
28103 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
28104 variable must already have a stored value for this to work.
28106 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
28107 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
28108 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
28110 @kindex s u
28111 @pindex calc-unstore
28112 @cindex Void variables
28113 @cindex Un-storing variables
28114 Until you store something in them, most variables are ``void,'' that is,
28115 they contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula
28116 they will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
28117 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
28118 void state.
28120 @kindex s c
28121 @pindex calc-copy-variable
28122 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
28123 value of one variable to another.  One way it differs from a simple
28124 @kbd{s r} followed by an @kbd{s t} (aside from saving keystrokes) is
28125 that the value never goes on the stack and thus is never rounded,
28126 evaluated, or simplified in any way; it is not even rounded down to the
28127 current precision.
28129 The only variables with predefined values are the ``special constants''
28130 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
28131 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
28132 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
28133 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
28134 you change the value of one of these variables, or of one of the other
28135 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
28136 normally void).
28138 Note that @code{pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored in it,
28139 but rather a special magic value that evaluates to @cpi{} at the current
28140 precision.  Likewise @code{e}, @code{i}, and @code{phi} evaluate
28141 according to the current precision or polar mode.  If you recall a value
28142 from @code{pi} and store it back, this magic property will be lost.  The
28143 magic property is preserved, however, when a variable is copied with
28144 @kbd{s c}.
28146 @kindex s k
28147 @pindex calc-copy-special-constant
28148 If one of the ``special constants'' is redefined (or undefined) so that
28149 it no longer has its magic property, the property can be restored with 
28150 @kbd{s k} (@code{calc-copy-special-constant}).  This command will prompt
28151 for a special constant and a variable to store it in, and so a special
28152 constant can be stored in any variable.  Here, the special constant that
28153 you enter doesn't depend on the value of the corresponding variable;
28154 @code{pi} will represent 3.14159@dots{} regardless of what is currently
28155 stored in the Calc variable @code{pi}.  If one of the other special
28156 variables, @code{inf}, @code{uinf} or @code{nan}, is given a value, its
28157 original behavior can be restored by voiding it with @kbd{s u}.
28159 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
28160 @section Recalling Variables
28162 @noindent
28163 @kindex s r
28164 @pindex calc-recall
28165 @cindex Recalling variables
28166 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
28167 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
28168 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
28169 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
28170 an error to try to recall a void variable.
28172 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
28173 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
28174 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
28175 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
28176 latter will produce an error message.
28178 @kindex r 0-9
28179 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
28180 equivalent to @kbd{s r 9}.
28182 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
28183 @section Other Operations on Variables
28185 @noindent
28186 @kindex s e
28187 @pindex calc-edit-variable
28188 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
28189 value of a variable without ever putting that value on the stack
28190 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
28191 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
28192 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
28193 empty when you press @kbd{C-c C-c} to finish, the variable will
28194 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
28195 description of editing.
28197 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
28198 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
28199 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
28200 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
28201 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
28202 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
28203 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
28204 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
28205 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
28206 as a side effect of putting the value on the stack.
28208 @kindex s A
28209 @kindex s D
28210 @ignore
28211 @mindex @idots
28212 @end ignore
28213 @kindex s E
28214 @ignore
28215 @mindex @null
28216 @end ignore
28217 @kindex s F
28218 @ignore
28219 @mindex @null
28220 @end ignore
28221 @kindex s G
28222 @ignore
28223 @mindex @null
28224 @end ignore
28225 @kindex s H
28226 @ignore
28227 @mindex @null
28228 @end ignore
28229 @kindex s I
28230 @ignore
28231 @mindex @null
28232 @end ignore
28233 @kindex s L
28234 @ignore
28235 @mindex @null
28236 @end ignore
28237 @kindex s P
28238 @ignore
28239 @mindex @null
28240 @end ignore
28241 @kindex s R
28242 @ignore
28243 @mindex @null
28244 @end ignore
28245 @kindex s T
28246 @ignore
28247 @mindex @null
28248 @end ignore
28249 @kindex s U
28250 @ignore
28251 @mindex @null
28252 @end ignore
28253 @kindex s X
28254 @pindex calc-store-AlgSimpRules
28255 @pindex calc-store-Decls
28256 @pindex calc-store-EvalRules
28257 @pindex calc-store-FitRules
28258 @pindex calc-store-GenCount
28259 @pindex calc-store-Holidays
28260 @pindex calc-store-IntegLimit
28261 @pindex calc-store-LineStyles
28262 @pindex calc-store-PointStyles
28263 @pindex calc-store-PlotRejects
28264 @pindex calc-store-TimeZone
28265 @pindex calc-store-Units
28266 @pindex calc-store-ExtSimpRules
28267 There are several special-purpose variable-editing commands that
28268 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
28270 @table @kbd
28271 @item s A
28272 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
28273 @item s D
28274 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
28275 @item s E
28276 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Default Simplifications}.
28277 @item s F
28278 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
28279 @item s G
28280 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
28281 @item s H
28282 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
28283 @item s I
28284 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
28285 @item s L
28286 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
28287 @item s P
28288 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
28289 @item s R
28290 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
28291 @item s T
28292 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
28293 @item s U
28294 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
28295 @item s X
28296 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
28297 @end table
28299 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
28300 names rather than prompting for the variable name.
28302 @kindex s p
28303 @pindex calc-permanent-variable
28304 @cindex Storing variables
28305 @cindex Permanent variables
28306 @cindex Calc init file, variables
28307 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
28308 variable's value permanently in your Calc init file (the file given by
28309 the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so
28310 that its value will still be available in future Emacs sessions.  You
28311 can re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
28312 only way to remove a saved variable is to edit your calc init file
28313 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
28314 use a different file for the Calc init file.)
28316 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
28317 @kbd{s p @key{RET}}), all Calc variables with defined values
28318 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
28319 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
28320 and @code{PlotRejects};
28321 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
28322 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
28323 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
28324 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)
28326 @kindex s i
28327 @pindex calc-insert-variables
28328 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
28329 the values of all Calc variables into a specified buffer.
28330 The variables are written with the prefix @code{var-} in the form of
28331 Lisp @code{setq} commands 
28332 which store the values in string form.  You can place these commands
28333 in your Calc init file (or @file{.emacs}) if you wish, though in this case it
28334 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
28335 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
28336 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
28337 stores in a more human-readable format.)
28339 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
28340 @section The Let Command
28342 @noindent
28343 @kindex s l
28344 @pindex calc-let
28345 @cindex Variables, temporary assignment
28346 @cindex Temporary assignment to variables
28347 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
28348 compute its value where @expr{b=3}, you can simply store 3 in @expr{b} and
28349 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
28350 of leaving the stored value of 3 in @expr{b} for future operations.
28352 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
28353 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
28354 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
28355 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
28356 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
28357 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
28358 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
28359 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
28360 by these commands.
28362 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
28363 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
28364 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
28366 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
28367 assignment:  @kbd{s l b=3 @key{RET}} is the same as storing 3 on the stack
28368 and typing @kbd{s l b @key{RET}}.
28370 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
28371 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
28372 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
28373 example, letting @expr{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
28374 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
28375 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
28377 @node Evaluates-To Operator,  , Let Command, Store and Recall
28378 @section The Evaluates-To Operator
28380 @noindent
28381 @tindex evalto
28382 @tindex =>
28383 @cindex Evaluates-to operator
28384 @cindex @samp{=>} operator
28385 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
28386 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
28387 other language modes like Pascal and La@TeX{}.)  This is a binary
28388 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
28389 although it can be entered with the righthand argument omitted.
28391 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
28392 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
28393 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
28394 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
28395 command according to all current modes and stored variable values,
28396 and the result is installed as the new value of @var{b}.
28398 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
28399 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
28400 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
28402 @kindex s =
28403 @pindex calc-evalto
28404 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
28405 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
28406 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
28407 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
28408 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
28410 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
28411 recomputes them whenever anything changes that might affect their
28412 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
28413 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
28414 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
28415 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
28416 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
28417 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
28418 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
28419 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
28420 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
28421 make a concise display of all the variables in your problem.
28422 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
28423 which provides a slightly different format of display.  You
28424 can use whichever you find easiest to read.)
28426 @kindex m C
28427 @pindex calc-auto-recompute
28428 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
28429 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
28430 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
28431 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
28432 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
28433 a lot of time if you will be changing several modes or variables
28434 before you look at the @samp{=>} entries again.
28436 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
28437 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
28438 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
28439 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
28440 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
28441 to select the lefthand side, execute your commands, then type
28442 @kbd{j u} to unselect.
28444 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
28445 including the current simplification mode.  Recall that the
28446 formula @samp{x + y + x} is not handled by Calc's default
28447 simplifications, but the @kbd{a s} command will reduce it to
28448 the simpler form @samp{y + 2 x}.  You can also type @kbd{m A}
28449 to enable an Algebraic Simplification mode in which the
28450 equivalent of @kbd{a s} is used on all of Calc's results.
28451 If you enter @samp{x + y + x =>} normally, the result will
28452 be @samp{x + y + x => x + y + x}.  If you change to
28453 Algebraic Simplification mode, the result will be
28454 @samp{x + y + x => y + 2 x}.  However, just pressing @kbd{a s}
28455 once will have no effect on @samp{x + y + x => x + y + x},
28456 because the righthand side depends only on the lefthand side
28457 and the current mode settings, and the lefthand side is not
28458 affected by commands like @kbd{a s}.
28460 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
28461 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
28462 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
28463 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
28464 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
28465 side will temporarily show this value for the variable.  In
28466 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
28467 to that variable.  But this change is temporary in the sense
28468 that the next command that causes Calc to look at those stack
28469 entries will make them revert to the old variable value.
28471 @smallexample
28472 @group
28473 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
28474 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
28475     .                      .                   .
28477                            17 s l a @key{RET}        p 8 @key{RET}
28478 @end group
28479 @end smallexample
28481 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
28482 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
28483 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d @key{SPC}} command
28484 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
28485 operators on the stack to be recomputed without any other
28486 side effects.
28488 @kindex s :
28489 @pindex calc-assign
28490 @tindex assign
28491 @tindex :=
28492 Embedded mode also uses @samp{=>} operators.  In Embedded mode,
28493 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
28494 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
28495 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
28496 by itself.  But Embedded mode recognizes it and marks it as a sort
28497 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
28498 operators in Algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
28499 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
28500 and value from the stack and replaces them with an assignment.
28502 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for the way @samp{=>} appears in
28503 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
28504 treatment to @samp{=>}.
28506 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
28507 @chapter Graphics
28509 @noindent
28510 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
28511 uses GNUPLOT 2.0 or later to do graphics.  These commands will only work
28512 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
28513 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
28514 However, it is free software.   It can be obtained from
28515 @samp{http://www.gnuplot.info}.)
28517 @vindex calc-gnuplot-name
28518 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
28519 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable
28520 in your Calc init file or @file{.emacs}.  You may also need to set some Lisp
28521 variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
28522 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are
28523 using the X window system, Calc will configure GNUPLOT for you
28524 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 or later and you are not using X,
28525 Calc will configure GNUPLOT to display graphs using simple character
28526 graphics that will work on any terminal.
28528 @menu
28529 * Basic Graphics::
28530 * Three Dimensional Graphics::
28531 * Managing Curves::
28532 * Graphics Options::
28533 * Devices::
28534 @end menu
28536 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
28537 @section Basic Graphics
28539 @noindent
28540 @kindex g f
28541 @pindex calc-graph-fast
28542 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
28543 This command takes two vectors of equal length from the stack.
28544 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
28545 the various data points.  The vector in the second-to-top position
28546 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
28547 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
28548 commands) and displays the set of data points.  The points will
28549 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
28550 to indicate the points themselves.
28552 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
28553 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
28554 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
28556 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
28557 sequence of ``x'' values @expr{x}, @expr{x+1}, @expr{x+2}, etc.
28558 (Generally the number 0 or 1 would be used for @expr{x} in this case.)
28560 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
28561 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
28562 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
28563 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
28564 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
28565 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
28566 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
28567 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
28568 or an interval if ``y'' is a formula.)
28570 @ignore
28571 @starindex
28572 @end ignore
28573 @tindex xy
28574 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
28575 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
28576 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
28577 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
28578 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
28579 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
28580 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
28581 will be a circle.
28583 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
28584 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
28585 variables.
28587 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
28588 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
28589 be real numbers (integers, fractions, or floats).  One exception to this
28590 is that the ``y'' entry can consist of a vector of numbers combined with
28591 error forms, in which case the points will be plotted with the
28592 appropriate error bars.  Other than this, if either the ``x''
28593 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
28594 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
28595 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
28597 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
28598 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
28600 @cindex @code{PlotRejects} variable
28601 @vindex PlotRejects
28602 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
28603 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
28604 this vector for every data point which was rejected because its
28605 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
28606 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
28607 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
28608 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
28609 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
28610 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
28611 @code{PlotRejects}.
28613 @kindex g c
28614 @pindex calc-graph-clear
28615 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
28616 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
28617 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
28618 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
28619 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
28620 window if there is one.
28622 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
28623 @section Three-Dimensional Graphics
28625 @kindex g F
28626 @pindex calc-graph-fast-3d
28627 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
28628 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
28629 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
28631 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
28632 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
28633 are several options for these values.
28635 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
28636 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
28637 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
28638 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
28639 result is a surface plot where 
28640 @texline @math{z_{ij}}
28641 @infoline @expr{z_ij} 
28642 is the height of the point
28643 at coordinate @expr{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
28644 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
28645 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
28646 buffer as described later.  See the GNUPLOT documentation for a
28647 description of the @samp{set view} command.
28649 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
28650 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
28652 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
28653 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
28654 where the coordinates of points along the line are successive triplets
28655 of values from the input vectors.
28657 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
28658 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
28659 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
28660 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
28661 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
28662 3D surface.
28664 @ignore
28665 @starindex
28666 @end ignore
28667 @tindex xyz
28668 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
28669 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
28670 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
28671 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
28672 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
28673 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
28674 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
28675 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
28676 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
28677 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
28678 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
28679 vectors with more than 5 elements.
28681 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
28682 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
28683 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
28684 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
28685 helix (a three-dimensional spiral).
28687 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
28688 variables containing the relevant data.
28690 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
28691 @section Managing Curves
28693 @noindent
28694 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
28695 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
28696 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
28697 by using these commands directly.
28699 @kindex g a
28700 @pindex calc-graph-add
28701 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
28702 represented by the two values on the top of the stack to the current
28703 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
28704 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
28705 on the same axes.
28707 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
28708 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
28709 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
28710 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
28711 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
28712 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
28713 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
28714 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
28715 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
28716 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
28717 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
28718 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
28719 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28721 @vindex PlotData1
28722 @vindex PlotData2
28723 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
28724 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
28725 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
28726 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
28727 that uses a certain variable and then later change that variable, you
28728 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
28729 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
28730 itself, is what was added by @kbd{g a}.
28732 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
28733 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
28734 argument @expr{n}, the top @expr{n} stack entries are ``y'' values
28735 for @expr{n} different curves which share a common ``x'' value in
28736 the @expr{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
28737 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
28739 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
28740 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
28741 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
28743 A negative prefix argument tells Calc to read @expr{n} vectors from
28744 the stack; each vector @expr{[x, y]} describes an independent curve.
28745 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
28746 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
28747 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
28748 they are to look nice on the same graph.)
28750 For example, to plot 
28751 @texline @math{\sin n x}
28752 @infoline @expr{sin(n x)} 
28753 for integers @expr{n}
28754 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
28755 (@expr{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
28756 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
28757 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
28758 command.
28760 @kindex g A
28761 @pindex calc-graph-add-3d
28762 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
28763 to the graph.  It is not valid to intermix 2D and 3D curves in a
28764 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
28765 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @expr{n}, it
28766 takes @expr{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @expr{n}
28767 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
28768 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
28769 prefix @expr{-n}, it takes @expr{n} vectors of the form @expr{[x, y, z]}.
28770 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
28771 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28773 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
28774 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
28775 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
28776 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
28777 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
28778 check for this.)
28780 @kindex g d
28781 @pindex calc-graph-delete
28782 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
28783 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
28784 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
28785 it deletes all of the curves from the graph.
28787 @kindex g H
28788 @pindex calc-graph-hide
28789 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
28790 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
28791 the actual plot, but information about it such as its name and line and
28792 point styles will be retained.
28794 @kindex g j
28795 @pindex calc-graph-juggle
28796 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
28797 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
28798 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
28799 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
28800 with any curve in the graph even though curve-related commands only
28801 affect the last curve in the list.
28803 @kindex g p
28804 @pindex calc-graph-plot
28805 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
28806 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
28807 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
28808 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
28809 command are written to a temporary data file and the variable names
28810 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
28811 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
28812 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
28813 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
28815 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
28816 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
28817 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
28818 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
28819 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
28820 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
28821 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
28823 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
28824 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
28825 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
28826 the data points it has computed and saved from previous plots of the
28827 function, and computes and inserts a new data point midway between
28828 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
28829 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
28831 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
28832 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
28833 the current graph is three-dimensional.
28835 @kindex g P
28836 @pindex calc-graph-print
28837 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
28838 except that it sends the output to a printer instead of to the
28839 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
28840 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
28841 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
28842 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
28843 uses a different set of default values.  All of these values are
28844 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
28845 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
28846 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
28847 always plot to the printer.
28849 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
28850 @section Graphics Options
28852 @noindent
28853 @kindex g g
28854 @pindex calc-graph-grid
28855 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
28856 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
28857 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
28858 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
28859 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
28860 of the change you must give another @kbd{g p} command.
28862 @kindex g b
28863 @pindex calc-graph-border
28864 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
28865 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
28866 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
28868 @kindex g k
28869 @pindex calc-graph-key
28870 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
28871 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
28872 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
28873 off by default, and is only really useful if you have several
28874 curves on the same graph.
28876 @kindex g N
28877 @pindex calc-graph-num-points
28878 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
28879 to select the number of data points in the graph.  This only affects
28880 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
28881 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
28882 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
28883 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
28884 a blank line, displays the default number of points used for all
28885 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
28886 With a negative prefix argument, this command changes or displays
28887 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
28888 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @expr{5^2 = 25} points
28889 will be computed for the surface.
28891 Data values in the graph of a function are normally computed to a
28892 precision of five digits, regardless of the current precision at the
28893 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
28894 it will not be.  For example, plotting @expr{1 + x} with @expr{x} in the
28895 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
28896 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
28897 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
28898 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
28899 there is no keystroke-based command to set the precision.
28901 @kindex g h
28902 @pindex calc-graph-header
28903 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
28904 for the graph.  This will show up centered above the graph.
28905 The default title is blank (no title).
28907 @kindex g n
28908 @pindex calc-graph-name
28909 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
28910 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
28911 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
28912 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
28913 the other curves you must first juggle them to the end of the list
28914 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
28915 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
28916 not used.
28918 @kindex g t
28919 @kindex g T
28920 @pindex calc-graph-title-x
28921 @pindex calc-graph-title-y
28922 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
28923 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
28924 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
28925 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
28926 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
28927 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
28928 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
28930 @kindex g r
28931 @kindex g R
28932 @pindex calc-graph-range-x
28933 @pindex calc-graph-range-y
28934 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
28935 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
28936 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
28937 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
28938 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
28939 default behavior of setting the range based on the range of values
28940 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
28941 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
28942 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
28944 @kindex g l
28945 @kindex g L
28946 @pindex calc-graph-log-x
28947 @pindex calc-graph-log-y
28948 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
28949 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
28950 be logarithmic instead of linear.
28952 @kindex g C-l
28953 @kindex g C-r
28954 @kindex g C-t
28955 @pindex calc-graph-log-z
28956 @pindex calc-graph-range-z
28957 @pindex calc-graph-title-z
28958 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
28959 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
28960 for the ``z'' axis.
28962 @kindex g z
28963 @kindex g Z
28964 @pindex calc-graph-zero-x
28965 @pindex calc-graph-zero-y
28966 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
28967 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
28968 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
28969 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
28970 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
28971 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
28972 not available for 3D plots.
28974 @kindex g s
28975 @pindex calc-graph-line-style
28976 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
28977 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
28978 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
28979 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
28980 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
28981 start at one and their meanings vary depending on the output device.
28982 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
28983 available for any device.
28985 @kindex g S
28986 @pindex calc-graph-point-style
28987 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
28988 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
28989 If you turn both lines and points off, the data points will show as
28990 tiny dots.  If the ``y'' values being plotted contain error forms and 
28991 the connecting lines are turned off, then this command will also turn 
28992 the error bars on or off.
28994 @cindex @code{LineStyles} variable
28995 @cindex @code{PointStyles} variable
28996 @vindex LineStyles
28997 @vindex PointStyles
28998 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
28999 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
29000 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
29001 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
29002 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
29003 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
29004 the style be chosen automatically, or @mathit{-1} to turn off lines or points
29005 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
29006 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
29007 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
29009 For example, @kbd{'[2 -1 3] @key{RET} s t LineStyles} causes the first curve
29010 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
29011 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
29012 still be assigned automatically, but you could store another vector in
29013 @code{PointStyles} to define them, too.
29015 @node Devices,  , Graphics Options, Graphics
29016 @section Graphical Devices
29018 @noindent
29019 @kindex g D
29020 @pindex calc-graph-device
29021 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
29022 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
29023 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
29024 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
29025 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
29027 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
29028 the default device name, used by all plots in the future which do
29029 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
29030 blank line this command shows you the current default.  The special
29031 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
29032 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
29033 @code{DISPLAY} environment variable), or otherwise @code{dumb} under
29034 GNUPLOT 3.0 and later, or @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.
29035 This is the initial default value.
29037 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
29038 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
29039 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
29040 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
29041 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
29042 dumb terminals will be 
29043 @texline @math{80\times24}
29044 @infoline 80x24
29045 characters.  The graph is displayed in
29046 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{C-c C-c} to exit
29047 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
29048 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
29050 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
29051 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
29052 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
29053 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
29054 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
29055 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
29056 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
29057 of the four directions.
29059 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
29060 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
29061 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
29062 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
29063 plot on any text-only printer.
29065 @kindex g O
29066 @pindex calc-graph-output
29067 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of
29068 the output file used by GNUPLOT.  For some devices, notably @code{x11},
29069 there is no output file and this information is not used.  Many other
29070 ``devices'' are really file formats like @code{postscript}; in these
29071 cases the output in the desired format goes into the file you name
29072 with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout @key{RET}} to set GNUPLOT to write
29073 to its standard output stream, i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.
29074 This is the default setting.
29076 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
29077 is going to write graphics commands directly to its standard output,
29078 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
29079 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
29080 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
29081 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
29082 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
29083 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
29084 to Emacs afterwards to refresh the screen.
29086 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
29087 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
29088 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
29089 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
29090 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
29091 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
29093 The default and printer devices and output files can be saved
29094 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
29095 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
29096 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
29097 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
29098 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
29100 @vindex calc-gnuplot-plot-command
29101 @vindex calc-gnuplot-default-device
29102 @vindex calc-gnuplot-default-output
29103 @vindex calc-gnuplot-print-command
29104 @vindex calc-gnuplot-print-device
29105 @vindex calc-gnuplot-print-output
29106 You may wish to configure the default and
29107 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
29108 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
29109 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
29110 file names must be either strings as described above, or Lisp
29111 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
29113 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
29114 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
29115 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
29116 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
29117 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
29118 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
29119 to display or print the output.  These variables are customizable
29120 (@pxref{Customizing Calc}).
29122 @kindex g x
29123 @pindex calc-graph-display
29124 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
29125 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
29126 a blank line to see the current display name.  This command has no
29127 effect unless the current device is @code{x11}.
29129 @kindex g X
29130 @pindex calc-graph-geometry
29131 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
29132 command for specifying the position and size of the X window.
29133 The normal value is @code{default}, which generally means your
29134 window manager will let you place the window interactively.
29135 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
29136 window in the upper-left corner of the screen.
29138 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
29139 session with GNUPLOT.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
29140 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
29141 error message has appeared here and display the buffer for you when
29142 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
29143 something has gone wrong.
29145 @kindex g C
29146 @pindex calc-graph-command
29147 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
29148 enter any line of text, then simply sends that line to the current
29149 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
29150 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
29151 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
29153 @kindex g v
29154 @kindex g V
29155 @pindex calc-graph-view-commands
29156 @pindex calc-graph-view-trail
29157 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
29158 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
29159 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
29160 This happens automatically when Calc thinks there is something you
29161 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
29162 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
29163 buffer is hidden again.
29165 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
29166 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
29167 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
29168 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
29169 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
29170 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
29171 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
29172 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
29173 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
29174 You may have to type @kbd{g C @key{RET}} a few times to clear the
29175 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
29176 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
29177 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
29178 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
29179 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
29180 with @kbd{g p}.
29182 @kindex g q
29183 @pindex calc-graph-quit
29184 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
29185 process that is running.  The next graphing command you give will
29186 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
29187 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
29188 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
29189 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
29191 @kindex g K
29192 @pindex calc-graph-kill
29193 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
29194 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
29195 you can see the process being killed.  This is better if you are
29196 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
29198 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
29199 @chapter Kill and Yank Functions
29201 @noindent
29202 The commands in this chapter move information between the Calculator and
29203 other Emacs editing buffers.
29205 In many cases Embedded mode is an easier and more natural way to
29206 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
29208 @menu
29209 * Killing From Stack::
29210 * Yanking Into Stack::
29211 * Saving Into Registers::
29212 * Inserting From Registers::
29213 * Grabbing From Buffers::
29214 * Yanking Into Buffers::
29215 * X Cut and Paste::
29216 @end menu
29218 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
29219 @section Killing from the Stack
29221 @noindent
29222 @kindex C-k
29223 @pindex calc-kill
29224 @kindex M-k
29225 @pindex calc-copy-as-kill
29226 @kindex C-w
29227 @pindex calc-kill-region
29228 @kindex M-w
29229 @pindex calc-copy-region-as-kill
29230 @kindex M-C-w
29231 @cindex Kill ring
29232 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the ``kill
29233 ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y} command.
29234 Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which kills
29235 one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point, and
29236 @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
29237 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too,
29238 although in the Calculator they operate on whole stack entries, so they
29239 ``round up'' the specified region to encompass full lines.  (To copy
29240 only parts of lines, the @kbd{M-C-w} command in the Calculator will copy
29241 the region to the kill ring without any ``rounding up'', just like the
29242 @kbd{M-w} command in normal Emacs.)  Also, @kbd{M-k} has been provided
29243 to complete the set; it puts the current line into the kill ring without
29244 deleting anything.
29246 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
29247 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below
29248 the bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.
29249 Otherwise, they operate on whatever stack element the cursor is on.  The
29250 text is copied into the kill ring exactly as it appears on the screen,
29251 including line numbers if they are enabled.
29253 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
29254 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @expr{n-1}
29255 lines below it.  A negative argument kills the @expr{-n} lines above the
29256 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
29257 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
29258 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
29259 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
29260 newline.
29262 @node Yanking Into Stack, Saving Into Registers, Killing From Stack, Kill and Yank
29263 @section Yanking into the Stack
29265 @noindent
29266 @kindex C-y
29267 @pindex calc-yank
29268 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
29269 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
29270 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
29271 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
29272 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
29273 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
29274 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
29275 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
29276 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
29277 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
29278 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
29279 difference.)
29281 @node Saving Into Registers, Inserting From Registers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
29282 @section Saving into Registers
29284 @noindent
29285 @kindex r s
29286 @pindex calc-copy-to-register
29287 @pindex calc-prepend-to-register
29288 @pindex calc-append-to-register
29289 @cindex Registers
29290 An alternative to killing and yanking stack entries is using 
29291 registers in Calc.  Saving stack entries in registers is like
29292 saving text in normal Emacs registers; although, like Calc's kill
29293 commands, register commands always operate on whole stack
29294 entries.
29296 Registers in Calc are places to store stack entries for later use;
29297 each register is indexed by a single character.  To store the current
29298 region (rounded up, of course, to include full stack entries) into a
29299 register, use the command @kbd{r s} (@code{calc-copy-to-register}).
29300 You will then be prompted for a register to use, the next character
29301 you type will be the index for the register.  To store the region in
29302 register @var{r}, the full command will be @kbd{r s @var{r}}.  With an
29303 argument, @kbd{C-u r s @var{r}}, the region being copied to the
29304 register will be deleted from the Calc buffer.
29306 It is possible to add additional stack entries to a register.  The
29307 command @kbd{M-x calc-append-to-register} will prompt for a register,
29308 then add the stack entries in the region to the end of the register
29309 contents. The command @kbd{M-x calc-prepend-to-register} will
29310 similarly prompt for a register and add  the stack entries in the
29311 region to the beginning of the register contents.  Both commands take
29312 @kbd{C-u} arguments, which will cause the region to be deleted after being
29313 added to the register.
29315 @node Inserting From Registers, Grabbing From Buffers, Saving Into Registers, Kill and Yank
29316 @section Inserting from Registers
29317 @noindent
29318 @kindex r i
29319 @pindex calc-insert-register
29320 The command @kbd{r i} (@code{calc-insert-register}) will prompt for a
29321 register, then insert the contents of that register into the
29322 Calculator.  If the contents of the register were placed there from
29323 within Calc, then the full internal structure of the contents will be
29324 inserted into the Calculator, otherwise whatever text is in the
29325 register is reparsed and then inserted into the Calculator.
29327 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Inserting From Registers, Kill and Yank
29328 @section Grabbing from Other Buffers
29330 @noindent
29331 @kindex C-x * g
29332 @pindex calc-grab-region
29333 The @kbd{C-x * g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
29334 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
29335 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
29336 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
29337 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
29338 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
29339 If the @kbd{C-x * g} command works successfully, it does an automatic
29340 @kbd{C-x * c} to enter the Calculator buffer.
29342 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
29343 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
29344 @expr{n}th following newline (so that @kbd{M-1 C-x * g} grabs from point
29345 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
29346 back to the @expr{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
29347 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
29348 delete given that prefix argument.
29350 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
29351 line.
29353 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
29354 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
29355 @kbd{C-x * g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
29356 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u C-x * g} on the same region
29357 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
29358 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
29359 vector of one element by plain @kbd{C-x * g} because the interpretation
29360 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
29362 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
29363 the grabbed text will be interpreted according to that language.
29365 @kindex C-x * r
29366 @pindex calc-grab-rectangle
29367 The @kbd{C-x * r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
29368 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
29369 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
29370 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
29371 whose contents are parsed.
29373 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
29374 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
29375 only if every row contains the same number of values.
29377 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
29378 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
29379 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
29380 is ignored.
29382 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
29383 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
29384 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
29385 force this interpretation (even if the line contains bracketed
29386 portions), give a negative numeric prefix argument to the
29387 @kbd{C-x * r} command.
29389 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
29390 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
29391 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u C-x * r} will be a
29392 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
29393 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{C-x * r}} will interpret this as
29394 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
29395 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u C-x * r} will interpret this row
29396 as @samp{[2*a]}.
29398 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
29399 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
29400 separately as a matrix element.  If a line contained
29401 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
29402 would correctly split the line into two error forms.
29404 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
29405 constituent rows and columns.  (If it is a 
29406 @texline @math{1\times1}
29407 @infoline 1x1
29408 matrix, just hit @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) twice.)
29410 @kindex C-x * :
29411 @kindex C-x * _
29412 @pindex calc-grab-sum-across
29413 @pindex calc-grab-sum-down
29414 @cindex Summing rows and columns of data
29415 The @kbd{C-x * :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
29416 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
29417 typing @kbd{C-x * r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
29418 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
29419 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
29420 in the input data.  The @kbd{C-x * _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
29421 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
29423 As well as being more convenient, @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are also
29424 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
29425 the stack.  In a @kbd{C-x * r V R : +} sequence, formatting the vector
29426 for display on the stack takes a large fraction of the total time
29427 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
29429 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
29430 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
29431 set the mark; go to the other corner and type @kbd{C-x * :}.  Since there
29432 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
29433 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
29434 you want to do further arithmetic with it.)
29436 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
29437 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
29438 Use @kbd{C-x * r} to grab the column of numbers into the calculator in
29439 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
29440 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
29441 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
29442 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
29444 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
29445 @section Yanking into Other Buffers
29447 @noindent
29448 @kindex y
29449 @pindex calc-copy-to-buffer
29450 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
29451 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
29452 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
29453 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
29454 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
29455 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
29456 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
29457 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
29459 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
29460 A positive argument inserts the specified number of values from the top
29461 of the stack.  A negative argument inserts the @expr{n}th value from the
29462 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
29463 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
29464 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
29465 latter strips off the trailing newline.
29467 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
29468 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
29469 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
29470 @kbd{C-x * g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
29471 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
29472 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
29473 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
29474 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
29475 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
29476 @kbd{C-x * g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{C-x * r}).
29478 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
29479 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
29480 overwrite the characters following point rather than being inserted
29481 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
29482 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
29483 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
29484 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
29485 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
29486 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
29487 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
29488 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
29489 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
29490 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
29491 to overwriting one complete number with another.
29493 @kindex C-x * y
29494 The @kbd{C-x * y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
29495 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
29496 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
29498 @node X Cut and Paste,  , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
29499 @section X Cut and Paste
29501 @noindent
29502 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
29503 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
29504 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
29506 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
29507 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
29508 select the text between the cursor and the clicked location, and
29509 the middle button to yank the selection into the buffer at the
29510 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
29511 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
29512 to select a number, vector, or formula from one window, then
29513 middle-click to paste that value into the other window.  When you
29514 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
29515 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
29516 new value is always pushed onto the top of the stack.
29518 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
29519 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
29520 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
29521 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
29522 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
29523 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
29524 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
29525 in the Calc window.
29527 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Top
29528 @chapter Keypad Mode
29530 @noindent
29531 @kindex C-x * k
29532 @pindex calc-keypad
29533 The @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
29534 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
29535 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
29536 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
29537 The original window remains the selected window; in Keypad mode
29538 you can type in your file while simultaneously performing
29539 calculations with the mouse.
29541 @pindex full-calc-keypad
29542 If you have used @kbd{C-x * b} first, @kbd{C-x * k} instead invokes
29543 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
29544 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
29545 trail all at once.  This mode would normally be used when running
29546 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
29548 If you aren't using the X window system, you must switch into
29549 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
29550 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
29551 is easier than using Calc normally, go right ahead.
29553 Calc commands are more or less the same in Keypad mode.  Certain
29554 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
29555 keystrokes; all such deviations are described below.
29557 Keypad mode includes many more commands than will fit on the keypad
29558 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
29559 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
29560 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
29561 To return to earlier menus, click the middle mouse button
29562 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
29563 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
29564 is equivalent to clicking the right mouse button there.
29566 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
29567 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
29568 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
29569 original buffer.
29571 @menu
29572 * Keypad Main Menu::
29573 * Keypad Functions Menu::
29574 * Keypad Binary Menu::
29575 * Keypad Vectors Menu::
29576 * Keypad Modes Menu::
29577 @end menu
29579 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
29580 @section Main Menu
29582 @smallexample
29583 @group
29584 |----+-----Calc 2.1------+----1
29585 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
29586 |----+----+----+----+----+----|
29587 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
29588 |----+----+----+----+----+----|
29589 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
29590 |----+----+----+----+----+----|
29591 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
29592 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
29593 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
29594 |-----+-----+-----+-----+-----|
29595 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
29596 |-----+-----+-----+-----+-----|
29597 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
29598 |-----+-----+-----+-----+-----|
29599 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
29600 |-----+-----+-----+-----+-----+
29601 @end group
29602 @end smallexample
29604 @noindent
29605 This is the menu that appears the first time you start Keypad mode.
29606 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
29607 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
29608 screen you will be able to see the top three stack entries.
29610 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
29611 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
29612 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
29613 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
29614 or any other function key.
29616 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
29617 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
29618 At other times it changes the sign of the number on the top of the
29619 stack.
29621 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
29622 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad mode
29623 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
29624 below and in the following sections.
29626 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
29627 duplicates the top entry on the stack.
29629 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
29630 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
29631 ``last arguments'' (@kbd{M-@key{RET}}).
29633 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
29634 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
29635 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
29636 the stack, then removes that many additional stack elements.
29638 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
29639 that would normally work in Calc mode.  This can include a
29640 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
29641 switch into the Calc window and type commands in it; there is
29642 nothing ``magic'' about this window when Keypad mode is active.
29644 The other keys in this display perform their obvious calculator
29645 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
29646 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
29647 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
29649 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
29650 give you access to some common functions even if the appropriate menu
29651 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
29652 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
29654 @table @kbd
29655 @item INV +/-
29656 is the same as @key{1/x}.
29657 @item INV +
29658 is the same as @key{SQRT}.
29659 @item INV -
29660 is the same as @key{CONJ}.
29661 @item INV *
29662 is the same as @key{y^x}.
29663 @item INV /
29664 is the same as @key{INV y^x} (the @expr{x}th root of @expr{y}).
29665 @item HYP/INV 1
29666 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
29667 @item HYP/INV 2
29668 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
29669 @item HYP/INV 3
29670 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
29671 @item INV/HYP 4
29672 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
29673 @item INV/HYP 5
29674 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
29675 @item INV 6
29676 is the same as @key{ABS}.
29677 @item INV 7
29678 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
29679 @item INV 8
29680 is the same as @key{CLN2}.
29681 @item INV 9
29682 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
29683 @item INV 0
29684 is the same as @key{IMAG}.
29685 @item INV .
29686 is the same as @key{PREC}.
29687 @item INV ENTER
29688 is the same as @key{SWAP}.
29689 @item HYP ENTER
29690 is the same as @key{RLL3}.
29691 @item INV HYP ENTER
29692 is the same as @key{OVER}.
29693 @item HYP +/-
29694 packs the top two stack entries as an error form.
29695 @item HYP EEX
29696 packs the top two stack entries as a modulo form.
29697 @item INV EEX
29698 creates an interval form; this removes an integer which is one
29699 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
29700 by the two limits of the interval.
29701 @end table
29703 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{C-x * k} or @kbd{C-x * *}
29704 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
29705 hitting @kbd{C-x * c} again in the normal calculator.  If Calc is
29706 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
29707 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
29708 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
29710 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
29711 @section Functions Menu
29713 @smallexample
29714 @group
29715 |----+----+----+----+----+----2
29716 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
29717 |----+----+----+----+----+----|
29718 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
29719 |----+----+----+----+----+----|
29720 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
29721 |----+----+----+----+----+----|
29722 @end group
29723 @end smallexample
29725 @noindent
29726 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
29727 prefix keys.
29729 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
29730 number @expr{i = (0, 1)}.
29732 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
29733 extracts the imaginary part.
29735 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
29736 a random number greater than or equal to zero but less than that
29737 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
29738 again'' command; it computes another random number using the
29739 same limit as last time.
29741 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
29743 @key{INV FACT} is the gamma function.  
29744 @texline @math{\Gamma(x) = (x-1)!}.
29745 @infoline @expr{gamma(x) = (x-1)!}.
29747 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
29748 @kbd{H k c} key in normal Calc.
29750 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
29751 finds the previous prime.
29753 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
29754 @section Binary Menu
29756 @smallexample
29757 @group
29758 |----+----+----+----+----+----3
29759 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
29760 |----+----+----+----+----+----|
29761 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
29762 |----+----+----+----+----+----|
29763 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
29764 |----+----+----+----+----+----|
29765 @end group
29766 @end smallexample
29768 @noindent
29769 The keys in this menu perform operations on binary integers.
29770 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
29771 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
29773 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
29774 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
29776 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
29777 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
29778 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
29779 for entering hexadecimal numbers.
29781 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
29782 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
29783 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
29784 The initial word size is 32 bits.
29786 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
29787 @section Vectors Menu
29789 @smallexample
29790 @group
29791 |----+----+----+----+----+----4
29792 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
29793 |----+----+----+----+----+----|
29794 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
29795 |----+----+----+----+----+----|
29796 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
29797 |----+----+----+----+----+----|
29798 @end group
29799 @end smallexample
29801 @noindent
29802 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
29804 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
29805 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
29806 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
29807 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
29808 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
29809 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
29810 rows into a matrix.
29812 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
29813 components separately.
29815 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
29816 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
29817 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
29818 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
29819 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
29821 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
29822 identity matrix.
29824 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
29826 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
29828 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
29829 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
29831 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
29832 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
29833 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
29834 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
29836 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
29837 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
29838 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
29840 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
29841 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
29842 @key{HYP MAX} computes the median.
29844 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
29845 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
29846 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
29847 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
29848 all the elements of a vector.
29850 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
29851 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
29852 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
29853 second-to-top position and matches them to the variables in
29854 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
29855 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
29856 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
29857 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
29858 the formula @samp{x^y}.
29860 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @expr{x} onto the
29861 stack.  To build the formula @expr{x^2 + 6}, you would use the
29862 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
29863 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
29864 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
29865 @kbd{"x"} key pushes the variable names @expr{y}, @expr{z}, and
29866 @expr{t}, respectively.
29868 @node Keypad Modes Menu,  , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
29869 @section Modes Menu
29871 @smallexample
29872 @group
29873 |----+----+----+----+----+----5
29874 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
29875 |----+----+----+----+----+----|
29876 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
29877 |----+----+----+----+----+----|
29878 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
29879 |----+----+----+----+----+----|
29880 @end group
29881 @end smallexample
29883 @noindent
29884 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
29886 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
29887 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
29888 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
29889 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
29890 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
29892 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
29893 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
29894 well as to the left.
29896 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
29897 for trigonometric functions.
29899 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
29900 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
29901 fractional or floating-point results.
29903 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
29904 polar or rectangular complex numbers are used by default.
29906 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
29907 operations that would produce inexact floating-point results
29908 are left unevaluated as algebraic formulas.
29910 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
29911 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
29913 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
29914 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
29915 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
29916 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
29918 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
29919 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
29920 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
29921 variables are not available in Keypad mode.)  You can also use,
29922 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
29924 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
29925 @chapter Embedded Mode
29927 @noindent
29928 Embedded mode in Calc provides an alternative to copying numbers
29929 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
29930 stack.  In Embedded mode, your editing buffer becomes temporarily
29931 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
29933 @menu
29934 * Basic Embedded Mode::
29935 * More About Embedded Mode::
29936 * Assignments in Embedded Mode::
29937 * Mode Settings in Embedded Mode::
29938 * Customizing Embedded Mode::
29939 @end menu
29941 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
29942 @section Basic Embedded Mode
29944 @noindent
29945 @kindex C-x * e
29946 @pindex calc-embedded
29947 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
29948 formula in any buffer and press @kbd{C-x * e} (@code{calc-embedded}).
29949 Note that @kbd{C-x * e} is not to be used in the Calc stack buffer
29950 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
29951 are visiting your own files.
29953 Calc will try to guess an appropriate language based on the major mode
29954 of the editing buffer. (@xref{Language Modes}.) If the current buffer is
29955 in @code{latex-mode}, for example, Calc will set its language to La@TeX{}.
29956 Similarly, Calc will use @TeX{} language for @code{tex-mode},
29957 @code{plain-tex-mode} and @code{context-mode}, C language for
29958 @code{c-mode} and @code{c++-mode}, FORTRAN language for
29959 @code{fortran-mode} and @code{f90-mode}, Pascal for @code{pascal-mode},
29960 and eqn for @code{nroff-mode} (@pxref{Customizing Calc}).  
29961 These can be overridden with Calc's mode
29962 changing commands (@pxref{Mode Settings in Embedded Mode}).  If no
29963 suitable language is available, Calc will continue with its current language.
29965 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
29966 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
29967 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded mode
29968 understands are:
29970 @enumerate
29971 @item
29972 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
29973 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
29974 @item
29975 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
29976 @item
29977 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
29978 @item
29979 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
29980 @item
29981 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
29982 @end enumerate
29984 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
29985 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
29986 on their own separate lines or in-line with the formula.
29988 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
29989 instead uses the current point as one end of the formula, and includes
29990 that many lines forward or backward (respectively, including the current
29991 line). Explicit delimiters are not necessary in this case.
29993 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region (delimited
29994 by point and mark) instead of formula delimiters.  With a prefix
29995 argument of @kbd{C-u} only, Calc uses the current line as the formula.
29997 @kindex C-x * w
29998 @pindex calc-embedded-word
29999 The @kbd{C-x * w} (@code{calc-embedded-word}) command will start Embedded
30000 mode on the current ``word''; in this case Calc will scan for the first
30001 non-numeric character (i.e., the first character that is not a digit,
30002 sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e}) forward and
30003 backward to delimit the formula.
30005 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
30006 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
30007 Calc can generally identify @TeX{} formulas and
30008 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
30009 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
30010 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
30011 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
30012 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
30013 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
30014 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
30015 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
30017 If you press @kbd{C-x * e} or @kbd{C-x * w} to activate an embedded
30018 formula which is blank, say with the cursor on the space between
30019 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
30020 an algebraic entry.
30022 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
30023 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
30024 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
30025 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
30026 not affected by Embedded mode.
30028 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
30029 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
30030 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
30031 You can create a Calc window by hand with @kbd{C-x * o} if you
30032 find you need to see the entire stack.
30034 For example, typing @kbd{C-x * e} while somewhere in the formula
30035 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
30036 inequality:
30038 @example
30039 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
30040 @end example
30042 @noindent
30043 The formula @expr{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
30044 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
30045 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
30046 to match Calc's usual display style:
30048 @example
30049 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
30050 @end example
30052 @noindent
30053 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
30054 in a different formula, one which we have not yet touched with
30055 Embedded mode.
30057 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
30058 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
30059 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
30060 This is a selection-based command for which we first need to
30061 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
30062 needs to be commuted.
30064 @example
30065 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
30066 @end example
30068 The @kbd{C-x * o} command is a useful way to open a Calc window
30069 without actually selecting that window.  Giving this command
30070 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
30071 @kbd{17 @key{RET}} would produce:
30073 @example
30074 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
30075 @end example
30077 @noindent
30078 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
30079 at this point will exchange the two stack values and restore
30080 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
30081 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
30082 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
30083 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
30084 stack at any given time (unless you use @kbd{C-x * o}).
30086 Typing @kbd{C-x * e} again turns Embedded mode off.  The Calc
30087 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
30088 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
30089 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
30090 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
30091 that happens on the stack is entirely your business as far as
30092 Embedded mode is concerned.
30094 If you press @kbd{C-x * e} in the wrong place by accident, it is
30095 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
30096 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
30097 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
30098 press @kbd{C-x * e} again to exit Embedded mode, then give the
30099 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
30100 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
30101 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
30102 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
30103 you haven't done anything with this formula yet.
30105 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
30106 @section More About Embedded Mode
30108 @noindent
30109 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
30110 the formula for the first time since the buffer was created or
30111 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
30112 written.  If the formula contains any La@TeX{}-like @samp{\} sequences,
30113 it is parsed (i.e., read) in La@TeX{} mode.  If the formula appears to
30114 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
30115 it is parsed according to the current language mode.
30117 Note that Calc does not change the current language mode according
30118 the formula it reads in.  Even though it can read a La@TeX{} formula when
30119 not in La@TeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
30120 whatever language mode is in effect.
30122 @tex
30123 \bigskip
30124 @end tex
30126 @kindex d p
30127 @pindex calc-show-plain
30128 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
30129 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
30130 specify matrix display styles which the parser is unable to
30131 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
30132 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
30133 formula is placed in front of the fully-formatted version.
30134 When Calc reads a formula that has such a plain version in
30135 front, it reads the plain version and ignores the formatted
30136 version.
30138 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
30139 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
30140 character begins a comment in @TeX{} and La@TeX{}, so if your formula is 
30141 embedded in a @TeX{} or La@TeX{} document its plain version will be
30142 invisible in the final printed copy.  Certain major modes have different
30143 delimiters to ensure that the ``plain'' version will be 
30144 in a comment for those modes, also.  
30145 See @ref{Customizing Embedded Mode} to see how to change the ``plain''
30146 formula delimiters. 
30148 There are several notations which Calc's parser for ``big''
30149 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
30150 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
30151 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
30152 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
30153 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
30154 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
30155 Calc will be able to read your formula later.
30157 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
30158 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
30159 any digits that are computed but not displayed will simply be
30160 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
30161 mode allows you to make sure that the complete number is present
30162 in the file as well as the rounded-down number.
30164 @tex
30165 \bigskip
30166 @end tex
30168 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
30169 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
30170 which is @cpi{} to the normal 12 decimal places, and then
30171 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
30172 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
30173 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
30174 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
30175 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
30176 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
30177 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
30178 all non-displayed digits will have been lost unless you used
30179 ``plain'' mode.
30181 @tex
30182 \bigskip
30183 @end tex
30185 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
30186 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
30187 work on it.  For example, you might want to have a sequence
30188 like this in your file (elaborating here on the example from
30189 the ``Getting Started'' chapter):
30191 @smallexample
30192 The derivative of
30194                               ln(ln(x))
30198                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
30200 whose value at x = 2 is
30202                             @r{(the value)}
30204 and at x = 3 is
30206                             @r{(the value)}
30207 @end smallexample
30209 @kindex C-x * d
30210 @pindex calc-embedded-duplicate
30211 The @kbd{C-x * d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
30212 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{C-x * d},
30213 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
30214 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
30215 Embedded mode is then enabled for that copy.
30217 For this example, you would start with just
30219 @smallexample
30220 The derivative of
30222                               ln(ln(x))
30223 @end smallexample
30225 @noindent
30226 and press @kbd{C-x * d} with the cursor on this formula.  The result
30229 @smallexample
30230 The derivative of
30232                               ln(ln(x))
30235                               ln(ln(x))
30236 @end smallexample
30238 @noindent
30239 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
30240 You can now press @kbd{a d x @key{RET}} to take the derivative, and
30241 @kbd{C-x * d C-x * d} to make two more copies of the derivative.
30242 To complete the computations, type @kbd{3 s l x @key{RET}} to evaluate
30243 the last formula, then move up to the second-to-last formula
30244 and type @kbd{2 s l x @key{RET}}.
30246 Finally, you would want to press @kbd{C-x * e} to exit Embedded
30247 mode, then go up and insert the necessary text in between the
30248 various formulas and numbers.
30250 @tex
30251 \bigskip
30252 @end tex
30254 @kindex C-x * f
30255 @kindex C-x * '
30256 @pindex calc-embedded-new-formula
30257 The @kbd{C-x * f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
30258 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
30259 some default delimiters, which are usually just blank lines,
30260 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
30261 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
30262 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
30263 the new delimiters, and pressing @kbd{C-x * e}.  The key sequence
30264 @kbd{C-x * '} is equivalent to @kbd{C-x * f}.
30266 @kindex C-x * n
30267 @kindex C-x * p
30268 @pindex calc-embedded-next
30269 @pindex calc-embedded-previous
30270 The @kbd{C-x * n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{C-x * p}
30271 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
30272 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
30273 can take positive or negative prefix arguments to move by several
30274 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
30275 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
30276 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
30277 @kbd{C-x * n} and @kbd{C-x * p} are a useful way to tell which
30278 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
30279 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
30280 formula, they just move the cursor.
30282 @kindex C-x * `
30283 @pindex calc-embedded-edit
30284 The @kbd{C-x * `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
30285 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
30286 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
30287 @kbd{C-c C-c} to finish the edit, or @kbd{C-x k} to cancel.
30289 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
30290 @section Assignments in Embedded Mode
30292 @noindent
30293 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
30294 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
30295 a definition in one formula, then refer to that definition in
30296 other formulas embedded in the same buffer.
30298 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
30300 @example
30301 foo := 5
30302 @end example
30304 @noindent
30305 records @expr{5} as the stored value of @code{foo} for the
30306 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
30307 does @emph{not} actually store @expr{5} as the ``global'' value
30308 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
30309 formulas in other buffers, will not see this assignment.
30311 One way to use this assigned value is simply to create an
30312 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
30313 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
30314 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
30315 is to use @samp{=>} elsewhere:
30317 @example
30318 foo + 7 => 12
30319 @end example
30321 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
30323 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
30324 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
30326 @example
30327 foo := 17
30329 foo + 7 => 24
30330 @end example
30332 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
30333 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
30334 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
30335 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
30336 variable @code{foo} becomes unassigned:
30338 @example
30341 foo + 7 => foo + 7
30342 @end example
30344 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
30345 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
30346 Then, @kbd{17 @key{TAB} @key{DEL}} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
30347 Subformulas}, to see how this works).
30349 @kindex C-x * j
30350 @pindex calc-embedded-select
30351 The @kbd{C-x * j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
30352 easy way to operate on assignments.  It is just like @kbd{C-x * e},
30353 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
30354 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
30355 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
30356 A formula can also be a combination of both:
30358 @example
30359 bar := foo + 3 => 20
30360 @end example
30362 @noindent
30363 in which case @kbd{C-x * j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
30365 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
30366 mode.
30368 @kindex C-x * u
30369 @pindex calc-embedded-update-formula
30370 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
30371 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
30372 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
30373 the change.  The @kbd{C-x * u} (@code{calc-embedded-update-formula})
30374 command is a convenient way to do this.
30376 @example
30377 foo := 6
30379 foo + 7 => 13
30380 @end example
30382 Pressing @kbd{C-x * u} is much like pressing @kbd{C-x * e = C-x * e}, that
30383 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
30384 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{C-x * u} does
30385 not actually use @kbd{C-x * e}, and in fact another formula somewhere
30386 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{C-x * u} and
30387 that formula will not be disturbed.
30389 With a numeric prefix argument, @kbd{C-x * u} updates all active
30390 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
30391 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
30392 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
30393 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
30395 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u C-x * u} updates only in the
30396 region between mark and point rather than in the whole buffer.
30398 @kbd{C-x * u} is also a handy way to activate a formula, such as an
30399 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
30400 file.
30402 @kindex C-x * a
30403 @pindex calc-embedded-activate
30404 The @kbd{C-x * a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
30405 through the current buffer and activates all embedded formulas
30406 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
30407 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
30408 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
30409 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
30410 changed.
30412 It is a good idea to type @kbd{C-x * a} right after loading a file
30413 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
30414 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
30415 automatically.  The idea is to place near the end of your file
30416 a few lines that look like this:
30418 @example
30419 --- Local Variables: ---
30420 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
30421 --- End: ---
30422 @end example
30424 @noindent
30425 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
30426 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
30427 or omitted altogether; in a @TeX{} or La@TeX{} file, @samp{%} would be a good
30428 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
30429 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
30430 trailing strings.
30432 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
30433 section like this one at the end of the file.  If it finds this
30434 section, it does the specified things (in this case, running
30435 @kbd{C-x * a} automatically) before editing of the file begins.
30436 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
30437 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
30438 page of the file if the file has any page separators.
30439 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30440 Emacs manual}.
30442 Note that @kbd{C-x * a} does not update the formulas it finds.
30443 To do this, type, say, @kbd{M-1 C-x * u} after @w{@kbd{C-x * a}}.
30444 Generally this should not be a problem, though, because the
30445 formulas will have been up-to-date already when the file was
30446 saved.
30448 Normally, @kbd{C-x * a} activates all the formulas it finds, but
30449 any previous active formulas remain active as well.  With a
30450 positive numeric prefix argument, @kbd{C-x * a} first deactivates
30451 all current active formulas, then actives the ones it finds in
30452 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
30453 @kbd{C-x * a} simply deactivates all formulas.
30455 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
30456 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
30457 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
30458 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{C-x * a}
30459 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
30460 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
30461 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
30462 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
30463 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
30464 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
30465 a few formulas one at a time but never use @kbd{C-x * a}, or if you
30466 used @kbd{C-x * a} but then Calc had to deactivate a formula
30467 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
30468 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
30469 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- C-x * a}).
30471 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
30472 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
30473 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
30474 following assignment is used.
30476 @example
30477 x => 1
30479 x := 1
30481 x => 1
30483 x := 2
30485 x => 2
30486 @end example
30488 As well as simple variables, you can also assign to subscript
30489 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
30490 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
30491 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
30492 but the automatic linkage between assignments and references works
30493 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
30495 If there are no assignments to a given variable, the global
30496 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
30497 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
30498 Note that global stored values will be lost when the file is saved
30499 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
30500 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
30501 @pxref{Operations on Variables}.
30503 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
30504 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
30505 recomputation off, you will have to use @kbd{C-x * u} to update these
30506 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
30507 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
30508 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 C-x * u}
30509 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
30510 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
30511 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
30512 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
30513 use @kbd{C-x * u} to update the buffer by hand.
30515 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
30516 @section Mode Settings in Embedded Mode
30518 @kindex m e
30519 @pindex calc-embedded-preserve-modes
30520 @noindent
30521 The mode settings can be changed while Calc is in embedded mode, but
30522 by default they will revert to their original values when embedded mode
30523 is ended. However, the modes saved when the mode-recording mode is
30524 @code{Save} (see below) and the modes in effect when the @kbd{m e}
30525 (@code{calc-embedded-preserve-modes}) command is given
30526 will be preserved when embedded mode is ended.
30528 Embedded mode has a rather complicated mechanism for handling mode
30529 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
30530 in the file that specify mode settings either global to the entire
30531 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
30532 case, different modes can be specified for use when a formula
30533 is the enabled Embedded mode formula.
30535 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for Fraction
30536 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded mode adds
30537 a line like the following one to the file just before the opening
30538 delimiter of the formula.
30540 @example
30541 % [calc-mode: fractions: t]
30542 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30543 @end example
30545 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
30546 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
30547 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
30548 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
30549 the file, or up to a line of the form
30551 @example
30552 % [calc-defaults]
30553 @end example
30555 @noindent
30556 which you can insert at strategic places in the file if this backward
30557 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
30558 ``zone'' of mode settings and another.
30560 If the file contains several annotations for the same mode, the
30561 closest one before the formula is used.  Annotations after the
30562 formula are never used (except for global annotations, described
30563 below).
30565 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
30566 square brackets and the text they enclose.  In fact, the leading
30567 characters are different for different major modes.  You can edit the
30568 mode annotations to a style that works better in context if you wish.
30569 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
30570 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
30571 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
30572 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
30573 Calc write the annotation for it once and see what it does.
30575 If you give a mode-changing command for a mode that already has
30576 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
30577 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
30578 one.
30580 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
30581 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
30582 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
30583 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
30584 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
30585 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
30586 sure the value is of a valid type or range; if you write an
30587 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
30588 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
30590 While Embedded mode is enabled, the word @code{Local} appears in
30591 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
30592 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
30593 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
30594 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
30595 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
30597 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
30598 that look like this, respectively:
30600 @example
30601 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
30602 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
30603 @end example
30605 The first kind of annotation will be used only while a formula
30606 is enabled in Embedded mode.  The second kind will be used only
30607 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
30608 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
30609 yet, is not relevant here.)
30611 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
30612 of the file:
30614 @example
30615 % [calc-global-mode: fractions t]
30616 @end example
30618 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
30619 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
30620 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
30621 the file, as long as those mode settings are suitable for all
30622 formulas in the file.
30624 Enabling a formula with @kbd{C-x * e} causes a fresh scan for local
30625 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
30626 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
30627 a formula with @kbd{C-x * u} will also re-scan the local modes, but
30628 global modes are only re-scanned by @kbd{C-x * a}.
30630 Another way that modes can get out of date is if you add a local
30631 mode annotation to a formula that has another formula after it.
30632 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
30633 first of the two embedded formulas is active.  But the second
30634 formula has not changed its style to match, even though by the
30635 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
30637 @example
30638 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30639 1.23e2
30641 456.
30642 @end example
30644 We would have to go down to the other formula and press @kbd{C-x * u}
30645 on it in order to get it to notice the new annotation.
30647 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are available
30648 which are also available outside of Embedded mode.  
30649 (@pxref{General Mode Commands}.) They are @code{Save},  in which mode
30650 settings are recorded permanently in your Calc init file (the file given
30651 by the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el})
30652 rather than by annotating the current document, and no-recording
30653 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
30654 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
30655 annotations at all.
30657 When Embedded mode is not enabled, mode-recording modes except
30658 for @code{Save} have no effect.
30660 @node Customizing Embedded Mode,  , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
30661 @section Customizing Embedded Mode
30663 @noindent
30664 You can modify Embedded mode's behavior by setting various Lisp
30665 variables described here.  These variables are customizable 
30666 (@pxref{Customizing Calc}), or you can use @kbd{M-x set-variable}
30667 or @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly.
30668 (Another possibility would be to use a file-local variable annotation at
30669 the end of the file; 
30670 @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the Emacs manual}.)
30671 Many of the variables given mentioned here can be set to depend on the
30672 major mode of the editing buffer (@pxref{Customizing Calc}).
30674 @vindex calc-embedded-open-formula
30675 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
30676 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
30677 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
30678 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
30679 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
30680 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
30681 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
30682 regular expression is not completely plain, let's go through it
30683 in detail.
30685 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
30686 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
30687 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
30688 Lisp program.
30690 The most obvious property of this regular expression is that it
30691 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
30692 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
30693 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
30694 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
30695 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
30696 So the actual regular expression seen by Calc is
30697 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
30699 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
30700 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
30701 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
30702 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
30703 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
30704 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
30706 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
30707 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
30708 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
30709 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
30710 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
30711 one or two dollar signs.
30713 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
30714 like this example, with several more alternatives added on to
30715 recognize various other common kinds of delimiters.
30717 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
30718 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
30719 is that the former expression actually ``consumes'' only one
30720 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
30721 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
30722 The former choice gives the most natural behavior when Calc
30723 must operate on a whole formula including its delimiters.
30725 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
30726 But just for your convenience, here is a list of all characters
30727 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
30728 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
30729 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
30730 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
30731 account for each of these six backslashes!)
30733 @vindex calc-embedded-close-formula
30734 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
30735 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
30736 regular expression to match the above example would be
30737 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
30738 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
30739 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
30740 of describing a blank line that is more appropriate for this
30741 case).
30743 @vindex calc-embedded-open-word
30744 @vindex calc-embedded-close-word
30745 The @code{calc-embedded-open-word} and @code{calc-embedded-close-word}
30746 variables are similar expressions used when you type @kbd{C-x * w}
30747 instead of @kbd{C-x * e} to enable Embedded mode.
30749 @vindex calc-embedded-open-plain
30750 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
30751 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
30752 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
30753 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
30754 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
30755 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space), but may
30756 be different for certain major modes.
30758 @vindex calc-embedded-close-plain
30759 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
30760 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}, but may be
30761 different for different major modes.  Without
30762 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
30763 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
30765 @vindex calc-embedded-open-new-formula
30766 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
30767 which is inserted at the front of a new formula when you type
30768 @kbd{C-x * f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
30769 string begins with a newline character and the @kbd{C-x * f} is
30770 typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip this
30771 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
30772 the file.
30774 @vindex calc-embedded-close-new-formula
30775 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
30776 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
30777 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
30778 @w{@kbd{C-x * f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
30779 @kbd{C-x * f} is typed on a blank line, both a leading opening
30780 newline and a trailing closing newline are omitted.)
30782 @vindex calc-embedded-announce-formula
30783 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
30784 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
30785 The @kbd{C-x * a} command searches for this pattern as well as for
30786 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{C-x * a} will
30787 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
30788 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
30789 But if your language includes a delimiter which can only occur
30790 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
30791 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, but may be
30792 different for different major modes.
30793 This pattern will check for @samp{%Embed} followed by any number of
30794 lines beginning with @samp{%} and a space.  This last is important to
30795 make Calc consider mode annotations part of the pattern, so that the
30796 formula's opening delimiter really is sure to follow the pattern.
30798 @vindex calc-embedded-open-mode
30799 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
30800 regular expression) which should precede a mode annotation.
30801 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
30802 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
30803 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
30804 The default is @code{"% "}, but may be different for different major
30805 modes. 
30807 @vindex calc-embedded-close-mode
30808 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
30809 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
30810 is simply a newline, @code{"\n"}, but may be different for different
30811 major modes.  If you change this, it is a good idea still to end with a
30812 newline so that mode annotations will appear on lines by themselves.
30814 @node Programming, Copying, Embedded Mode, Top
30815 @chapter Programming
30817 @noindent
30818 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
30819 on the nature of the problem you need to solve.
30821 @enumerate
30822 @item
30823 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
30824 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
30825 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
30826 as loops and conditionals.
30828 @item
30829 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
30830 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
30831 as an interactive command.
30833 @item
30834 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
30835 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
30836 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
30837 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
30838 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
30840 @item
30841 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
30842 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
30843 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
30844 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
30845 rewrite rules.
30846 @end enumerate
30848 @kindex z
30849 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
30850 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
30851 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
30852 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
30853 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
30854 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
30855 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
30857 @menu
30858 * Creating User Keys::
30859 * Keyboard Macros::
30860 * Invocation Macros::
30861 * Algebraic Definitions::
30862 * Lisp Definitions::
30863 @end menu
30865 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
30866 @section Creating User Keys
30868 @noindent
30869 @kindex Z D
30870 @pindex calc-user-define
30871 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
30872 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
30873 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
30875 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
30876 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
30877 prompted for the name of the Calculator command that this key should
30878 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
30879 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
30880 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
30881 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
30882 @kbd{z s} to be something else.
30884 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
30885 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
30887 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
30888 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
30889 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
30891 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
30892 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
30893 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
30894 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
30895 of a letter if you wish.
30897 @kindex Z U
30898 @pindex calc-user-undefine
30899 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
30900 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
30901 key we defined above.
30903 @kindex Z P
30904 @pindex calc-user-define-permanent
30905 @cindex Storing user definitions
30906 @cindex Permanent user definitions
30907 @cindex Calc init file, user-defined commands
30908 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
30909 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
30910 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
30911 your Calc init file; that is, the file given by the variable
30912 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}.)  For example,
30913 @kbd{Z P s} would register our @code{sincos} command permanently.  If
30914 you later wish to unregister this command you must edit your Calc init
30915 file by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
30916 use a different file for the Calc init file.)
30918 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
30919 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
30920 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
30921 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
30922 command will save all of these definitions.
30923 To save an algebraic function, type @kbd{'} (the apostrophe)
30924 when prompted for a key, and type the function name.  To save a command
30925 without its key binding, type @kbd{M-x} and enter a function name.  (The
30926 @samp{calc-} prefix will automatically be inserted for you.)
30927 (If the command you give implies a function, the function will be saved,
30928 and if the function has any display formats, those will be saved, but
30929 not the other way around:  Saving a function will not save any commands
30930 or key bindings associated with the function.) 
30932 @kindex Z E
30933 @pindex calc-user-define-edit
30934 @cindex Editing user definitions
30935 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
30936 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
30937 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
30938 following sections.
30940 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
30941 @section Programming with Keyboard Macros
30943 @noindent
30944 @kindex X
30945 @cindex Programming with keyboard macros
30946 @cindex Keyboard macros
30947 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
30948 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
30949 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
30950 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
30951 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
30952 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
30953 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
30954 information.
30956 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
30957 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
30958 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
30959 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
30960 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
30961 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
30962 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
30963 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
30964 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
30965 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
30966 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
30967 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
30968 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
30970 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
30971 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
30972 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
30973 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
30975 @menu
30976 * Naming Keyboard Macros::
30977 * Conditionals in Macros::
30978 * Loops in Macros::
30979 * Local Values in Macros::
30980 * Queries in Macros::
30981 @end menu
30983 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
30984 @subsection Naming Keyboard Macros
30986 @noindent
30987 @kindex Z K
30988 @pindex calc-user-define-kbd-macro
30989 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
30990 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
30991 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
30992 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
30993 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
30994 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
30995 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
30996 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
30997 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
30998 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
30999 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
31000 descriptive command name if you wish.
31002 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
31003 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
31004 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
31005 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
31007 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
31008 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
31010 @cindex Keyboard macros, editing
31011 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31012 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edmacro} package
31013 edit the macro.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing and update 
31014 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, kill the
31015 buffer with @kbd{C-x k}.
31016 The special characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC},
31017 @code{DEL}, and @code{NUL} must be entered as these three character
31018 sequences, written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-} and
31019 @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
31020 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
31021 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
31022 takes some liberties with spaces: When we say @kbd{' [1 2 3] @key{RET}},
31023 we take it for granted that it is clear we really mean 
31024 @kbd{' [1 @key{SPC} 2 @key{SPC} 3] @key{RET}}.
31026 @kindex C-x * m
31027 @pindex read-kbd-macro
31028 The @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
31029 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
31030 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
31031 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
31033 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
31034 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
31036 @noindent
31037 @kindex Z [
31038 @kindex Z ]
31039 @pindex calc-kbd-if
31040 @pindex calc-kbd-else
31041 @pindex calc-kbd-else-if
31042 @pindex calc-kbd-end-if
31043 @cindex Conditional structures
31044 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
31045 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
31046 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
31047 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
31048 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
31049 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
31050 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
31052 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
31053 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
31054 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
31055 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
31056 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
31057 command is skipped.
31059 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
31060 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
31061 executed while you are making the definition as well as when you later
31062 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
31063 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
31064 don't get a stack-underflow error during the definition process.
31066 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
31067 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
31069 @kindex Z :
31070 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
31071 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
31072 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
31073 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
31074 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
31075 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
31076 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
31078 @kindex Z |
31079 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
31080 between any number of alternatives.  For example,
31081 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
31082 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
31083 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
31084 it will execute @var{part3}.
31086 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
31087 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
31088 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
31089 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
31090 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
31091 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
31092 does not.
31094 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
31095 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
31096 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
31097 constructs you must be careful that these character pairs do not
31098 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
31099 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
31100 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
31101 not work to define your own custom key bindings for these commands.
31102 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
31104 @kindex Z C-g
31105 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
31106 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
31107 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
31109 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
31110 @subsection Loops in Keyboard Macros
31112 @noindent
31113 @kindex Z <
31114 @kindex Z >
31115 @pindex calc-kbd-repeat
31116 @pindex calc-kbd-end-repeat
31117 @cindex Looping structures
31118 @cindex Iterative structures
31119 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
31120 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
31121 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
31122 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
31123 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
31124 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
31125 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
31126 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
31127 repeat a multiply-by-two step however many times.
31129 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
31130 In this case it is especially important to set up reasonable initial
31131 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
31132 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
31133 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
31134 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
31135 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
31136 in a buffer, then use @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
31137 macro.
31139 @kindex Z /
31140 @pindex calc-break
31141 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
31142 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
31143 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
31144 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
31145 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
31146 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
31147 in the C language.
31149 @kindex Z (
31150 @kindex Z )
31151 @pindex calc-kbd-for
31152 @pindex calc-kbd-end-for
31153 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
31154 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
31155 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
31156 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
31157 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
31158 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
31159 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
31160 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
31161 counter each time until the loop finishes.
31163 @cindex Summations (by keyboard macros)
31164 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
31165 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
31166 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
31167 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
31168 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
31169 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
31171 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
31172 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
31173 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
31174 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
31175 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
31176 argument of @mathit{-1} forces downward-counting conventions.
31178 @kindex Z @{
31179 @kindex Z @}
31180 @pindex calc-kbd-loop
31181 @pindex calc-kbd-end-loop
31182 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
31183 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
31184 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
31185 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
31186 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
31187 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
31188 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
31189 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
31190 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
31191 this feature.)
31193 The conditional and looping constructs are not actually tied to
31194 keyboard macros, but they are most often used in that context.
31195 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
31196 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
31197 as easily as in a macro definition.
31199 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
31200 conditional and looping commands.
31202 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
31203 @subsection Local Values in Macros
31205 @noindent
31206 @cindex Local variables
31207 @cindex Restoring saved modes
31208 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
31209 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
31210 macro may wish to turn on Fraction mode, or set a particular
31211 precision, independent of the user's normal setting for those
31212 modes.
31214 @kindex Z `
31215 @kindex Z '
31216 @pindex calc-kbd-push
31217 @pindex calc-kbd-pop
31218 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
31219 local variables inside the macro should not affect any variables
31220 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
31221 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
31223 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
31224 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
31225 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
31226 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
31227 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
31229 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
31230 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
31231 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
31232 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
31233 in exceptional conditions.
31235 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
31236 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
31237 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
31238 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
31239 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
31240 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
31241 macros were involved.
31243 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
31244 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
31245 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
31246 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
31247 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
31248 thereof) are also saved.
31250 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
31251 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
31252 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
31253 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
31254 for all mode-setting commands inside the macro.
31256 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
31257 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
31258 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
31259 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets the algebraic mode
31260 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
31261 outside the construct.
31263 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
31264 other settings such as the language mode and the various display modes,
31265 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
31267 @node Queries in Macros,  , Local Values in Macros, Keyboard Macros
31268 @subsection Queries in Keyboard Macros
31270 @c @noindent
31271 @c @kindex Z =
31272 @c @pindex calc-kbd-report
31273 @c The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
31274 @c message including the value on the top of the stack.  You are prompted
31275 @c to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
31276 @c is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
31277 @c to turn such messages off.
31279 @noindent
31280 @kindex Z #
31281 @pindex calc-kbd-query
31282 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command prompts for an algebraic
31283 entry which takes its input from the keyboard, even during macro
31284 execution.  All the normal conventions of algebraic input, including the
31285 use of @kbd{$} characters, are supported.  The prompt message itself is
31286 taken from the top of the stack, and so must be entered (as a string)
31287 before the @kbd{Z #} command.  (Recall, as a string it can be entered by
31288 pressing the @kbd{"} key and will appear as a vector when it is put on
31289 the stack.  The prompt message is only put on the stack to provide a
31290 prompt for the @kbd{Z #} command; it will not play any role in any
31291 subsequent calculations.)  This command allows your keyboard macros to
31292 accept numbers or formulas as interactive input.
31294 As an example, 
31295 @kbd{2 @key{RET} "Power: " @key{RET} Z # 3 @key{RET} ^} will prompt for
31296 input with ``Power: '' in the minibuffer, then return 2 to the provided
31297 power.  (The response to the prompt that's given, 3 in this example,
31298 will not be part of the macro.)
31300 @xref{Keyboard Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
31301 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
31302 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
31303 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
31304 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
31305 return control to the keyboard macro.
31307 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
31308 @section Invocation Macros
31310 @kindex C-x * z
31311 @kindex Z I
31312 @pindex calc-user-invocation
31313 @pindex calc-user-define-invocation
31314 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{C-x * z}
31315 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
31316 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
31317 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
31318 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
31319 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
31320 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
31321 @kbd{C-x * z} at any time to execute your invocation macro.
31323 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
31324 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
31325 by typing @kbd{C-x * r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
31326 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( C-x * r
31327 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
31328 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{C-x * z}.
31330 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
31331 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
31332 do not apply.  @kbd{C-x * z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
31333 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
31334 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
31336 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
31337 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
31338 @xref{General Mode Commands}.
31340 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
31341 @section Programming with Formulas
31343 @noindent
31344 @kindex Z F
31345 @pindex calc-user-define-formula
31346 @cindex Programming with algebraic formulas
31347 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
31348 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
31349 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
31350 command prompts for five things: The key, the command name, the function
31351 name, the argument list, and the behavior of the command when given
31352 non-numeric arguments.
31354 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
31355 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
31356 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
31357 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
31358 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
31359 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
31360 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
31362 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
31363 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
31364 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
31365 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
31367 The third prompt is for an algebraic function name.  The default is to
31368 use the same name as the command name but without the @samp{calc-}
31369 prefix.  (If this is of the form @samp{User-m}, the hyphen is removed so
31370 it won't be taken for a minus sign in algebraic formulas.)
31371 This is the name you will use if you want to enter your 
31372 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
31373 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
31374 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
31375 formula @samp{yow(x,y)}.
31377 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
31378 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
31379 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
31380 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
31381 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
31382 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
31383 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
31384 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
31385 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
31386 @expr{a + 2 b} with @expr{a=10} and @expr{b=100}.  Likewise, the formula
31387 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @expr{a=10} and
31388 @expr{b=100} in the definition.
31390 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
31391 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
31392 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
31393 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
31394 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
31395 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
31396 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
31398 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
31399 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
31400 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
31401 using the argument list @samp{(a b)}.
31403 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
31404 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
31405 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
31406 arguments @expr{10} and @expr{x} will leave the function in symbolic
31407 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
31408 then the formula will always be expanded, even for non-constant
31409 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
31410 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
31411 question.
31413 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
31414 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
31415 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
31416 derivative or integral or solve an equation involving the function.
31418 @kindex Z G
31419 @pindex calc-get-user-defn
31420 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
31421 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
31422 key, and this command pushes the formula that was used to define that
31423 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
31424 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
31425 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
31426 by a @kbd{Z F} command.
31428 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31429 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
31430 to edit the defining formula.  Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and
31431 store the new formula back in the definition, or kill the buffer with
31432 @kbd{C-x k} to
31433 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
31434 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
31435 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
31436 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
31438 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
31439 In this case it will permanently record all three of the relevant
31440 definitions: the key, the command, and the function.
31442 You may find it useful to turn off the default simplifications with
31443 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
31444 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
31445 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
31446 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
31447 @expr{a} to be constant with respect to @expr{v}.  Turning off
31448 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
31449 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
31450 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
31452 @node Lisp Definitions,  , Algebraic Definitions, Programming
31453 @section Programming with Lisp
31455 @noindent
31456 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
31457 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
31458 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
31459 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
31460 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
31461 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
31462 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
31463 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
31464 will not edit a Lisp-based definition.
31466 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
31467 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
31468 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
31469 to program the Calculator.
31471 This section first discusses ways to write commands, functions, or
31472 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
31473 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
31474 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
31475 for the true Lisp enthusiast.
31477 @menu
31478 * Defining Functions::
31479 * Defining Simple Commands::
31480 * Defining Stack Commands::
31481 * Argument Qualifiers::
31482 * Example Definitions::
31484 * Calling Calc from Your Programs::
31485 * Internals::
31486 @end menu
31488 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
31489 @subsection Defining New Functions
31491 @noindent
31492 @findex defmath
31493 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
31494 except that code in the body of the definition can make use of the full
31495 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
31496 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
31497 example,
31499 @example
31500 (defmath myfact (n)
31501   (if (> n 0)
31502       (* n (myfact (1- n)))
31503     1))
31504 @end example
31506 @noindent
31507 This actually expands to the code,
31509 @example
31510 (defun calcFunc-myfact (n)
31511   (if (math-posp n)
31512       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31513     1))
31514 @end example
31516 @noindent
31517 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
31519 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
31520 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
31521 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
31522 factorial function would be written along the following lines:
31524 @smallexample
31525 (defmath myfact (n)
31526   (if (> n 0)
31527       (* n (myfact (1- n)))
31528     (if (= n 0)
31529         1
31530       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
31531 @end smallexample
31533 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
31534 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
31535 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
31536 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
31537 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
31538 efficiently as possible.
31540 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
31541 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
31542 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
31543 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
31544 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
31545 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.
31547 For other functions @var{func}, if a function by the name
31548 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
31549 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
31550 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
31551 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
31552 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
31553 always used exactly as written (but not quoted).
31555 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
31556 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
31557 @code{for}, or @code{foreach} form,
31558 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
31559 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.
31561 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
31563 @itemize @bullet
31564 @item
31565 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
31566 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
31567 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
31568 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
31569 yields one element of a Calc matrix.
31571 @item
31572 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
31573 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
31574 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
31575 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
31576 in which case the effect is to store into the specified
31577 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @expr{x}
31578 into one element of a matrix.
31580 @item
31581 A @code{for} looping construct is available.  For example,
31582 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
31583 binding of @expr{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
31584 form in that @expr{i} is temporarily bound to the loop count
31585 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
31586 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
31587 are also available.  For each value of @expr{i} from zero to 10,
31588 @expr{j} counts from 0 to @expr{i-1} in steps of two.  Note that
31589 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
31590 that each element of the header is a list of three or four
31591 things, not just two.
31593 @item
31594 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
31595 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
31596 @code{body} with @expr{x} bound to each element of Calc vector
31597 @expr{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
31598 the initial @code{vec} symbol in the vector.
31600 @item
31601 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
31602 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
31603 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
31604 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
31606 @item
31607 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
31608 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @expr{x+y}
31609 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
31610 inside the body of the function.
31611 @end itemize
31613 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
31614 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
31615 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
31616 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
31617 formula can go between the quotes.  For example,
31619 @smallexample
31620 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
31621   (and (numberp x)
31622        (exp :"x * 0.5")))
31623 @end smallexample
31625 expands to
31627 @smallexample
31628 (defun calcFunc-sqexp (x)
31629   (and (math-numberp x)
31630        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
31631 @end smallexample
31633 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
31634 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
31635 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
31636 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
31637 step of @code{myfact} could have been written
31639 @example
31640 :"n * myfact(n-1)"
31641 @end example
31643 A good place to put your @code{defmath} commands is your Calc init file
31644 (the file given by @code{calc-settings-file}, typically
31645 @file{~/.calc.el}), which will not be loaded until Calc starts.
31646 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
31647 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
31648 seem reasonable to put your favorite @code{defmath} commands there,
31649 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
31650 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
31651 actually use the Calculator!  If you want to put the @code{defmath}
31652 commands there (for example, if you redefine @code{calc-settings-file}
31653 to be @file{.emacs}), a better effect can be had by writing
31655 @example
31656 (put 'calc-define 'thing '(progn
31657  (defmath ... )
31658  (defmath ... )
31660 @end example
31662 @noindent
31663 @vindex calc-define
31664 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
31665 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
31666 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
31667 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
31668 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
31669 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
31670 properties are removed as they are evaluated.  The property names
31671 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
31672 name of your project so as not to conflict with other properties.
31674 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
31675 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
31676 that same code in another file which you load by hand either before or
31677 after Calc itself is loaded.
31679 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
31680 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
31681 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
31682 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
31684 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
31685 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
31686 call your function, even if the file defining the property is loaded
31687 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
31688 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
31689 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
31690 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
31691 protect against this situation, you can put
31693 @example
31694 (run-hooks 'calc-check-defines)
31695 @end example
31697 @findex calc-check-defines
31698 @noindent
31699 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
31700 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
31701 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
31702 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
31704 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
31705 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
31706 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
31707 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
31709 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
31710 @subsection Defining New Simple Commands
31712 @noindent
31713 @findex interactive
31714 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
31715 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
31716 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
31717 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
31718 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
31719 the command work in the Calc environment.
31721 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
31722 for normal Emacs Lisp commands:
31724 @smallexample
31725 (defmath increase-precision (delta)
31726   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
31727   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
31728   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31729 @end smallexample
31731 This expands to the pair of definitions,
31733 @smallexample
31734 (defun calc-increase-precision (delta)
31735   "Increase precision by DELTA."
31736   (interactive "p")
31737   (calc-wrapper
31738    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
31740 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
31741   "Increase precision by DELTA."
31742   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
31743 @end smallexample
31745 @noindent
31746 where in this case the latter function would never really be used!  Note
31747 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
31748 the @code{math-add} function will work just as well as the native
31749 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
31751 @findex calc-wrapper
31752 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
31753 the function with code that looks roughly like this:
31755 @smallexample
31756 (let ((calc-command-flags nil))
31757   (unwind-protect
31758       (save-excursion
31759         (calc-select-buffer)
31760         @emph{body of function}
31761         @emph{renumber stack}
31762         @emph{clear} Working @emph{message})
31763     @emph{realign cursor and window}
31764     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
31765     @emph{update Emacs mode line}))
31766 @end smallexample
31768 @findex calc-select-buffer
31769 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
31770 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
31771 the @samp{*Calc Trail*} window.
31773 @findex calc-set-command-flag
31774 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to
31775 set the above-mentioned command flags.  Calc routines recognize the
31776 following command flags:
31778 @table @code
31779 @item renum-stack
31780 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
31781 after this command completes.  This is set by routines like
31782 @code{calc-push}.
31784 @item clear-message
31785 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
31786 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
31788 @item no-align
31789 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
31791 @item position-point
31792 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
31793 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
31794 this command finishes.
31796 @item keep-flags
31797 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
31798 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
31800 @item do-edit
31801 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
31803 @item hold-trail
31804 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
31805 there.
31806 @end table
31808 @kindex Y
31809 @kindex Y ?
31810 @vindex calc-Y-help-msgs
31811 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
31812 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
31813 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
31814 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
31815 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
31816 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
31817 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
31818 future versions of Calc.
31820 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
31821 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
31822 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
31823 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
31824 stands for your package, then a third key for the particular command
31825 within your package.
31827 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
31828 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
31829 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
31830 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
31831 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
31832 if necessary without having to modify the file.
31834 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
31835 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
31836 decreases the precision.
31838 @smallexample
31839 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
31840 ;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
31842 (defvar inc-prec-base-key "P"
31843   "Base key for inc-prec.el commands.")
31845 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
31847 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
31848             'increase-precision)
31849 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
31850             'decrease-precision)
31852 (setq calc-Y-help-msgs
31853       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
31854             calc-Y-help-msgs))
31856 (defmath increase-precision (delta)
31857   "Increase precision by DELTA."
31858   (interactive "p")
31859   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31861 (defmath decrease-precision (delta)
31862   "Decrease precision by DELTA."
31863   (interactive "p")
31864   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
31866 ))  ; end of calc-define property
31868 (run-hooks 'calc-check-defines)
31869 @end smallexample
31871 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
31872 @subsection Defining New Stack-Based Commands
31874 @noindent
31875 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
31876 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
31878 @example
31879 (interactive @var{num} @var{tag})
31880 @end example
31882 @noindent
31883 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
31884 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
31885 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
31886 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
31887 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
31888 parameters is valid.
31890 Your function must return either a number or a formula in a form
31891 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
31892 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
31893 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
31894 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
31895 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
31897 As an example, the definition
31899 @smallexample
31900 (defmath myfact (n)
31901   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31902   (interactive 1 "fact")
31903   (if (> n 0)
31904       (* n (myfact (1- n)))
31905     (and (= n 0) 1)))
31906 @end smallexample
31908 @noindent
31909 is a version of the factorial function shown previously which can be used
31910 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
31912 @smallexample
31913 (defun calc-myfact ()
31914   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31915   (interactive)
31916   (calc-slow-wrapper
31917    (calc-enter-result 1 "fact"
31918      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
31920 (defun calcFunc-myfact (n)
31921   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31922   (if (math-posp n)
31923       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31924     (and (math-zerop n) 1)))
31925 @end smallexample
31927 @findex calc-slow-wrapper
31928 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
31929 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
31930 computation begins.  (This message can be turned off by the user
31931 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
31933 @findex calc-top-list-n
31934 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
31935 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
31936 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
31937 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
31939 @findex calc-enter-result
31940 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
31941 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
31942 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
31943 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
31944 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
31945 being pushed are also recorded in the trail.
31947 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
31948 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
31949 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
31950 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
31951 containing the single symbol @code{nil}.
31953 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
31954 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
31955 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
31957 @example
31958 (defmath foo (a b &optional c)
31959   (interactive "p" 2 "foo")
31960   @var{body})
31961 @end example
31963 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
31964 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
31965 executed with a numeric prefix argument of @expr{n}.
31967 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
31968 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
31969 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
31970 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
31971 arguments to be used when no prefix is supplied.
31973 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
31974 @subsection Argument Qualifiers
31976 @noindent
31977 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
31978 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
31980 @example
31981 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
31982                &optional @var{param} @var{param...}
31983                &rest @var{param})
31984   @var{body})
31985 @end example
31987 @noindent
31988 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
31990 @example
31991 (@var{qual} @var{param})
31992 @end example
31994 The following qualifiers are recognized:
31996 @table @samp
31997 @item complete
31998 @findex complete
31999 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
32000 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
32001 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
32002 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)
32004 @item integer
32005 @findex integer
32006 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
32007 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
32008 formulas are rejected.
32010 @item natnum
32011 @findex natnum
32012 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
32014 @item fixnum
32015 @findex fixnum
32016 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
32017 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
32018 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
32020 @item float
32021 @findex float
32022 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
32023 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
32024 actually rejected by this qualifier.)
32026 @item @var{pred}
32027 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
32028 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
32030 @item not-@var{pred}
32031 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
32032 @end table
32034 For example,
32036 @example
32037 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
32038               &rest (integer d))
32039   @var{body})
32040 @end example
32042 @noindent
32043 expands to
32045 @example
32046 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
32047   (and (math-matrixp b)
32048        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
32049   (or (math-constp b)
32050       (math-reject-arg b 'constp))
32051   (and c (setq c (math-check-float c)))
32052   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
32053   @var{body})
32054 @end example
32056 @noindent
32057 which performs the necessary checks and conversions before executing the
32058 body of the function.
32060 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
32061 @subsection Example Definitions
32063 @noindent
32064 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
32065 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
32066 @pxref{Internals}.
32068 @menu
32069 * Bit Counting Example::
32070 * Sine Example::
32071 @end menu
32073 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
32074 @subsubsection Bit-Counting
32076 @noindent
32077 @ignore
32078 @starindex
32079 @end ignore
32080 @tindex bcount
32081 Calc does not include a built-in function for counting the number of
32082 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
32083 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
32084 that set; let's write a function that counts the bits without having to
32085 create an intermediate set.
32087 @smallexample
32088 (defmath bcount ((natnum n))
32089   (interactive 1 "bcnt")
32090   (let ((count 0))
32091     (while (> n 0)
32092       (if (oddp n)
32093           (setq count (1+ count)))
32094       (setq n (lsh n -1)))
32095     count))
32096 @end smallexample
32098 @noindent
32099 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
32100 Emacs Lisp function:
32102 @smallexample
32103 (defun calcFunc-bcount (n)
32104   (setq n (math-check-natnum n))
32105   (let ((count 0))
32106     (while (math-posp n)
32107       (if (math-oddp n)
32108           (setq count (math-add count 1)))
32109       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
32110     count))
32111 @end smallexample
32113 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
32114 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
32115 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
32116 involve actual division.
32118 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
32119 @var{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
32120 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
32121 routines are especially fast when dividing by an integer less than
32122 1000, so we can set @var{n = 9} bits and use repeated division by 512:
32124 @smallexample
32125 (defmath bcount ((natnum n))
32126   (interactive 1 "bcnt")
32127   (let ((count 0))
32128     (while (not (fixnump n))
32129       (let ((qr (idivmod n 512)))
32130         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
32131               n (car qr))))
32132     (+ count (bcount-fixnum n))))
32134 (defun bcount-fixnum (n)
32135   (let ((count 0))
32136     (while (> n 0)
32137       (setq count (+ count (logand n 1))
32138             n (lsh n -1)))
32139     count))
32140 @end smallexample
32142 @noindent
32143 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
32144 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
32145 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
32146 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
32147 uses.
32149 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
32150 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
32151 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
32152 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
32153 actually they are less efficient because each operation is really
32154 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
32155 same thing with a single division by 512.
32157 @node Sine Example,  , Bit Counting Example, Example Definitions
32158 @subsubsection The Sine Function
32160 @noindent
32161 @ignore
32162 @starindex
32163 @end ignore
32164 @tindex mysin
32165 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
32166 well-known Taylor series expansion for 
32167 @texline @math{\sin x}:
32168 @infoline @samp{sin(x)}:
32170 @smallexample
32171 (defmath mysin ((float (anglep x)))
32172   (interactive 1 "mysn")
32173   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32174   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
32175         newsum
32176         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
32177         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
32178     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
32179       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
32180       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
32181             x (* x xnegsqr)
32182             newsum (+ sum (/ x nfact)))
32183       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
32184           (break))           ;  then we are done.
32185       (setq sum newsum))
32186     sum))
32187 @end smallexample
32189 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
32190 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @cpiover{4}.  This
32191 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
32192 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
32193 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
32194 by a separate algorithm.
32196 @smallexample
32197 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
32198   (interactive 1 "mysn")
32199   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32200   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
32201     (cond ((complexp x)
32202            (mysin-complex x))
32203           ((< x 0)
32204            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
32205           (t (mysin-raw x))))))
32207 (defmath mysin-raw (x)
32208   (cond ((>= x 7)
32209          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
32210         ((> x (pi-over-2))
32211          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
32212         ((> x (pi-over-4))
32213          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
32214         ((< x (- (pi-over-4)))
32215          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
32216         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
32217 @end smallexample
32219 @noindent
32220 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
32221 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
32222 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
32223 @code{mysin-raw} for cosines.
32225 The strategy is to ensure that @expr{x} is nonnegative before calling
32226 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
32227 to a suitable range, namely, plus-or-minus @cpiover{4}.  Note that each
32228 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
32229 that small roundoff errors cannot produce an infinite loop.  (Suppose
32230 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
32231 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
32232 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
32233 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
32234 that this rule misses.
32236 If a program is being written for general use, it is important to code
32237 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
32238 when you know that your own use of the sine function will never encounter
32239 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
32241 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
32242 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
32244 @noindent
32245 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
32246 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
32247 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
32248 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
32249 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
32250 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
32251 much simpler to use!
32253 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
32254 options, but they all stem from one simple operation.
32256 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
32257 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
32258 the result formatted as a string: @code{"3"}.
32260 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
32261 functions, you don't need to make any special preparations to load
32262 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
32263 loaded and initialized for you.
32265 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
32266 evaluating the expression and formatting the result.
32268 @ifinfo
32269 @example
32271 @end example
32272 @end ifinfo
32273 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
32275 @noindent
32276 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
32277 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
32278 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
32279 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
32281 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
32282 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
32283 one by one below.
32285 You can give additional arguments to be substituted for
32286 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
32287 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
32288 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
32289 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
32290 used as a placeholder for the item-separator argument.
32292 @ifinfo
32293 @example
32295 @end example
32296 @end ifinfo
32297 @subsubsection Error Handling
32299 @noindent
32300 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
32301 the character position of the error, plus a suitable message as a
32302 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
32303 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
32304 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
32305 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
32307 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
32308 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
32309 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
32310 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
32312 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
32313 are returned as strings instead of lists.  The character position is
32314 ignored.
32316 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
32317 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
32318 it permanently with @code{setq}.
32320 @ifinfo
32321 @example
32323 @end example
32324 @end ifinfo
32325 @subsubsection Numbers Only
32327 @noindent
32328 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
32329 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
32330 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
32331 that are not constants are treated as errors.  The error message
32332 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
32333 or otherwise ``Number expected.''
32335 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
32336 object that does not include variables or function calls.  If it
32337 is a vector, the components must themselves be constants.
32339 @ifinfo
32340 @example
32342 @end example
32343 @end ifinfo
32344 @subsubsection Default Modes
32346 @noindent
32347 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
32348 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
32349 various Calc modes to their default values while the formula is
32350 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
32351 digits, digit grouping is turned off, and the Normal language
32352 mode is used.
32354 This same principle applies to the other options discussed below.
32355 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
32356 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
32358 If there are other elements in the list, they are taken as
32359 variable-name/value pairs which override the default mode
32360 settings.  Look at the documentation at the front of the
32361 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
32362 the various modes.  The mode settings are restored to their
32363 original values when @code{calc-eval} is done.
32365 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
32366 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
32367 using default mode settings except that the precision is 8 instead
32368 of the default of 12.
32370 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
32371 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
32372 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
32373 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
32374 when the user has left Calc in Symbolic mode or No-Simplify mode.
32376 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
32377 checks if the number in string @expr{a} is less than the one in
32378 string @expr{b}.  Without using a list, the integer 1 might
32379 come out in a variety of formats which would be hard to test for
32380 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
32381 see ``Predicates'' mode, below.)
32383 @ifinfo
32384 @example
32386 @end example
32387 @end ifinfo
32388 @subsubsection Raw Numbers
32390 @noindent
32391 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
32392 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
32393 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
32394 numbers must be converted to and from string format as they are passed
32395 from one @code{calc-eval} to the next.
32397 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
32398 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
32399 how these objects look in the following sections, but usually you can
32400 treat them as ``black box'' objects with no important internal
32401 structure.
32403 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
32404 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signaling
32405 an error if that object is not a constant).
32407 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
32408 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
32409 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
32410 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
32411 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
32412 function in Calc, if you can remember its name.
32414 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
32415 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
32416 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
32417 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
32419 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
32420 to format it as a string.
32422 It is an error if the input expression evaluates to a list of
32423 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
32424 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
32426 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
32427 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
32428 various kinds of error returns discussed above.
32430 @ifinfo
32431 @example
32433 @end example
32434 @end ifinfo
32435 @subsubsection Predicates
32437 @noindent
32438 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
32439 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
32440 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
32441 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
32443 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
32444 one value is less than another.
32446 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
32447 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
32448 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
32449 wish to have an error register as ``false'', use something like
32450 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
32452 @ifinfo
32453 @example
32455 @end example
32456 @end ifinfo
32457 @subsubsection Variable Values
32459 @noindent
32460 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
32461 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
32462 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
32463 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
32464 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
32465 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
32466 will return @code{"7.14159265359"}.
32468 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
32469 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
32470 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
32471 understand either string or raw form values stored in variables,
32472 although raw data objects are much more efficient.  For example,
32473 to increment the Calc variable @code{a}:
32475 @example
32476 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
32477 @end example
32479 @ifinfo
32480 @example
32482 @end example
32483 @end ifinfo
32484 @subsubsection Stack Access
32486 @noindent
32487 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
32488 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
32489 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
32490 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
32491 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
32492 usual way).
32494 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
32495 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
32496 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
32497 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
32498 is the number of elements remaining in the stack after popping;
32499 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
32500 the stack.
32502 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
32503 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
32504 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
32505 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
32506 integer is out of range, @code{nil} is returned.
32508 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
32509 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
32510 as a string.
32512 In all of these cases the first argument can be made a list in
32513 order to force the default mode settings, as described above.
32514 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
32515 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
32516 instead of current display modes, except that the radix is
32517 hexadecimal instead of decimal.
32519 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
32520 found it when you are done, unless the user of your program is
32521 actually expecting it to affect the stack.
32523 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
32524 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
32525 the stack buffer if necessary.
32527 @ifinfo
32528 @example
32530 @end example
32531 @end ifinfo
32532 @subsubsection Keyboard Macros
32534 @noindent
32535 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
32536 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
32537 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
32538 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
32539 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
32540 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
32541 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
32543 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
32544 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
32545 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
32546 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
32547 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
32549 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
32550 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
32551 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
32553 The return value in this case is always @code{nil}.
32555 @ifinfo
32556 @example
32558 @end example
32559 @end ifinfo
32560 @subsubsection Lisp Evaluation
32562 @noindent
32563 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
32564 @code{eval} function is called on the first argument, which must
32565 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
32566 quote the expression so that it is not evaluated until inside
32567 @code{calc-eval}.
32569 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
32570 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
32571 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
32572 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
32574 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
32575 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
32576 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
32577 Note that this function will leave a message in the echo area as
32578 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
32579 automatically if not invoked from there, so the above call is
32580 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
32581 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
32582 your original buffer when it is done.
32584 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
32585 expression to use default instead of current mode settings.
32587 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
32588 returned by the evaluated Lisp expression.
32590 @ifinfo
32591 @example
32593 @end example
32594 @end ifinfo
32595 @subsubsection Example
32597 @noindent
32598 @findex convert-temp
32599 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
32600 you have a document with lots of references to temperatures on the
32601 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
32602 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
32603 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
32604 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
32605 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
32607 @example
32608 (defun convert-temp ()
32609   (interactive)
32610   (save-excursion
32611     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
32612     (let* ((top1 (match-beginning 1))
32613            (bot1 (match-end 1))
32614            (number (buffer-substring top1 bot1))
32615            (top2 (match-beginning 2))
32616            (bot2 (match-end 2))
32617            (type (buffer-substring top2 bot2)))
32618       (if (equal type "F")
32619           (setq type "C"
32620                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
32621         (setq type "F"
32622               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
32623       (goto-char top2)
32624       (delete-region top2 bot2)
32625       (insert-before-markers type)
32626       (goto-char top1)
32627       (delete-region top1 bot1)
32628       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
32629           (setq number (substring number 0 -1)))
32630       (insert number))))
32631 @end example
32633 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
32634 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
32635 instead of after it.
32637 @node Internals,  , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
32638 @subsection Calculator Internals
32640 @noindent
32641 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
32642 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
32643 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
32644 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
32645 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
32646 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
32647 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
32648 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
32650 The functions described here are scattered throughout the various
32651 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
32652 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
32653 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
32654 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
32655 in the remaining component files.
32657 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
32658 generally always executes with the extensions already loaded, so
32659 normally you can use any Calc function and be confident that it will
32660 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
32661 special, check carefully to make sure each function you are using is
32662 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
32663 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
32664 prove this file will already be loaded.
32666 @menu
32667 * Data Type Formats::
32668 * Interactive Lisp Functions::
32669 * Stack Lisp Functions::
32670 * Predicates::
32671 * Computational Lisp Functions::
32672 * Vector Lisp Functions::
32673 * Symbolic Lisp Functions::
32674 * Formatting Lisp Functions::
32675 * Hooks::
32676 @end menu
32678 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
32679 @subsubsection Data Type Formats
32681 @noindent
32682 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
32683 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
32684 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
32685 which is not a Lisp list.
32687 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
32688 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
32689 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
32690 @mathit{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
32691 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
32692 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
32693 example, the integer @mathit{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
32695 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
32696 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
32697 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
32698 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
32699 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
32700 and large integers are called @dfn{bignums}.
32702 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
32703 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
32704 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
32705 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
32706 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
32707 are normalized by negating the numerator and denominator.
32709 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
32710 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
32711 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
32712 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
32713 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
32714 @mathit{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
32715 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
32716 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
32717 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
32718 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)
32720 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
32721 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
32722 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
32723 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
32724 components are converted to real numbers automatically.
32726 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
32727 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
32728 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
32729 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
32730 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
32731 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
32732 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
32733 negative real number.)
32735 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
32736 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
32737 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
32738 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
32739 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.
32741 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
32742 a real number that counts days since midnight on the morning of
32743 January 1, 1 AD.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
32744 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
32746 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
32747 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
32748 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
32750 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
32751 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
32752 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
32753 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
32754 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
32755 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
32757 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
32758 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
32759 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
32760 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
32761 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
32762 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
32763 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
32764 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
32765 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
32766 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
32768 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
32769 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
32770 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
32771 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
32772 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
32773 generally unused by Calc data structures.
32775 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
32776 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
32777 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
32778 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
32779 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
32780 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
32781 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
32782 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
32783 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
32784 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
32785 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
32786 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
32787 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
32788 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
32789 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
32790 which represent units are not stored in any special way; they are units
32791 only because their names appear in the units table.  If the value
32792 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
32793 the variable is used.
32795 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
32796 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
32797 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
32798 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
32799 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
32800 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
32801 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
32802 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
32803 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
32804 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
32805 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
32806 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
32807 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
32808 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
32809 object which represents their value, or a list of such objects if they
32810 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
32811 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
32812 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
32813 and is not used by any built-in Calc functions.)
32815 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
32816 @subsubsection Interactive Functions
32818 @noindent
32819 The functions described here are used in implementing interactive Calc
32820 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
32821 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
32822 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
32824 @defun calc-set-command-flag flag
32825 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
32826 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
32827 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
32828 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
32829 @end defun
32831 @defun calc-clear-command-flag flag
32832 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
32833 remove it from that list.
32834 @end defun
32836 @defun calc-record-undo rec
32837 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
32838 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
32839 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
32840 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
32841 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
32842 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
32843 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
32844 contains the variable's value) was stored and its previous value was
32845 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
32846 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
32847 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
32848 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
32849 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.
32850 @end defun
32852 @defun calc-record-why msg args
32853 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
32854 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
32855 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
32856 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
32857 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
32858 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
32859 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
32860 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
32861 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
32862 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
32863 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
32864 automatically; @pxref{Predicates}.
32865 @end defun
32867 @defun calc-is-inverse
32868 This predicate returns true if the current command is inverse,
32869 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
32870 @end defun
32872 @defun calc-is-hyperbolic
32873 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
32874 @end defun
32876 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
32877 @subsubsection Stack-Oriented Functions
32879 @noindent
32880 The functions described here perform various operations on the Calc
32881 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
32883 @defun calc-push-list vals n
32884 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
32885 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
32886 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
32887 elements will be inserted into the stack so that the last element will
32888 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
32889 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
32890 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
32891 is an empty list, nothing happens.
32893 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
32894 You can give an optional third argument to this function, which must
32895 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
32896 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
32897 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
32898 @end defun
32900 @defun calc-top-list n m
32901 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
32902 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
32903 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
32904 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
32905 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
32906 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
32907 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
32908 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
32909 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
32910 evaluated, rounded, or renormalized.
32912 If any stack elements contain selections, and selections have not
32913 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
32914 this function returns the selected portions rather than the entire
32915 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
32916 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
32917 a selection in any of the requested stack elements produces an
32918 ``invalid operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
32919 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
32920 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
32921 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
32922 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
32923 list form is returned; the first element of this list will be the whole
32924 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
32925 @end defun
32927 @defun calc-pop-stack n m
32928 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
32929 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
32930 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
32932 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
32933 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
32934 error without changing the stack.  If you supply an optional third
32935 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
32936 contain selections.
32937 @end defun
32939 @defun calc-record-list vals tag
32940 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
32941 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
32942 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
32943 will be used.
32944 @end defun
32946 @defun calc-normalize n
32947 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
32948 least this involves re-rounding floating-point values according to the
32949 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
32950 selected No-Simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
32951 actually evaluating a formula object by executing the function calls
32952 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
32953 @end defun
32955 @defun calc-top-list-n n m
32956 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
32957 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
32958 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
32959 objects will be rejected with an error message.  All computational
32960 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
32961 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
32962 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
32963 This function accepts the same optional selection-mode argument as
32964 @code{calc-top-list}.
32965 @end defun
32967 @defun calc-top-n m
32968 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
32969 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
32970 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
32971 @end defun
32973 @defun calc-enter-result n tag vals
32974 This function is a convenient interface to most of the above functions.
32975 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
32976 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
32977 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
32978 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
32979 A typical stack-based computational command would take the form,
32981 @smallexample
32982 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
32983                                (calc-top-list-n @var{n})))
32984 @end smallexample
32986 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
32987 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
32988 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
32989 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
32990 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
32991 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
32992 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
32993 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
32994 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
32995 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
32996 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
32997 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
32998 are present.
32999 @end defun
33001 @defun calc-unary-op tag func arg
33002 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
33003 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
33004 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
33005 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
33006 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,
33008 @smallexample
33009 (defun calc-zeta (arg)
33010   (interactive "P")
33011   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
33012 @end smallexample
33013 @end defun
33015 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
33016 This function implements a binary operator, analogously to
33017 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
33018 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
33019 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
33020 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
33021 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
33022 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
33023 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
33024 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
33025 stack elements; when the argument is negative, the function is
33026 mapped between the next-to-top @mathit{-@var{arg}} stack elements and the
33027 top element.
33028 @end defun
33030 @defun calc-stack-size
33031 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
33032 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
33033 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
33034 @end defun
33036 @defun calc-cursor-stack-index n
33037 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
33038 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
33039 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
33040 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
33041 line number, not the stack entry itself.
33042 @end defun
33044 @defun calc-substack-height n
33045 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
33046 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
33047 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
33048 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
33049 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
33050 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
33051 entries.)
33052 @end defun
33054 @defun calc-refresh
33055 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
33056 This must be called after changing any parameter, such as the current
33057 display radix, which might change the appearance of existing stack
33058 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
33059 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
33060 rather than just the top few elements when the macro finishes.)
33061 @end defun
33063 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
33064 @subsubsection Predicates
33066 @noindent
33067 The functions described here are predicates, that is, they return a
33068 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
33069 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
33070 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
33071 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
33072 the full range of Calc data types.
33074 @defun zerop x
33075 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
33076 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
33077 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
33078 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
33079 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
33080 @end defun
33082 @defun negp x
33083 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
33084 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
33085 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
33086 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
33087 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
33088 @end defun
33090 @defun posp x
33091 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
33092 numbers, none of these three predicates will return true.
33093 @end defun
33095 @defun looks-negp x
33096 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
33097 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
33098 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
33099 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
33100 @end defun
33102 @defun integerp x
33103 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
33104 @end defun
33106 @defun fixnump x
33107 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
33108 @end defun
33110 @defun natnump x
33111 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
33112 @end defun
33114 @defun fixnatnump x
33115 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
33116 @end defun
33118 @defun num-integerp x
33119 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
33120 true integer or a float with no significant digits to the right of
33121 the decimal point.
33122 @end defun
33124 @defun messy-integerp x
33125 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
33126 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
33127 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
33128 @end defun
33130 @defun num-natnump x
33131 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
33132 @end defun
33134 @defun evenp x
33135 Returns true if @var{x} is an even integer.
33136 @end defun
33138 @defun looks-evenp x
33139 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
33140 multiplicative coefficient which is an even integer.
33141 @end defun
33143 @defun oddp x
33144 Returns true if @var{x} is an odd integer.
33145 @end defun
33147 @defun ratp x
33148 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
33149 fraction.
33150 @end defun
33152 @defun realp x
33153 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
33154 or floating-point number.
33155 @end defun
33157 @defun anglep x
33158 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
33159 @end defun
33161 @defun floatp x
33162 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
33163 interval, date form, or modulo form in which at least one component
33164 is a float.
33165 @end defun
33167 @defun complexp x
33168 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
33169 (but not a real number).
33170 @end defun
33172 @defun rect-complexp x
33173 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
33174 @end defun
33176 @defun polar-complexp x
33177 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
33178 @end defun
33180 @defun numberp x
33181 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
33182 @end defun
33184 @defun scalarp x
33185 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
33186 @end defun
33188 @defun vectorp x
33189 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
33190 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
33191 @end defun
33193 @defun numvecp x
33194 Returns true if @var{x} is a number or vector.
33195 @end defun
33197 @defun matrixp x
33198 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
33199 all of the same size.
33200 @end defun
33202 @defun square-matrixp x
33203 Returns true if @var{x} is a square matrix.
33204 @end defun
33206 @defun objectp x
33207 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
33208 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33209 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
33210 as their components; see @code{constp} below.)
33211 @end defun
33213 @defun objvecp x
33214 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
33215 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
33216 mentioned above for @code{objectp}).
33217 @end defun
33219 @defun primp x
33220 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
33221 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
33222 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
33223 and intervals.
33224 @end defun
33226 @defun constp x
33227 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
33228 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
33229 components are @code{constp}.
33230 @end defun
33232 @defun lessp x y
33233 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
33234 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
33235 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
33236 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
33237 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
33238 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
33239 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.
33240 @end defun
33242 @defun beforep x y
33243 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
33244 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
33245 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
33246 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
33247 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
33248 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
33249 by @kbd{a s} to put the terms of a product into canonical order:
33250 This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to @samp{2 x y}.
33251 @end defun
33253 @defun equal x y
33254 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
33255 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
33256 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
33257 0 and 0.0 as different.
33258 @end defun
33260 @defun math-equal x y
33261 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
33262 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
33263 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
33264 converted to @samp{(math-equal x y)}.
33265 @end defun
33267 @defun equal-int x n
33268 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
33269 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
33270 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
33271 whenever possible.
33272 @end defun
33274 @defun nearly-equal x y
33275 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
33276 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
33277 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
33278 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
33279 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
33280 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
33281 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
33282 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
33283 error in the series evaluation without doing extra work which would be
33284 lost when the result is rounded back down to the current precision.
33285 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
33286 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
33287 @end defun
33289 @defun nearly-zerop x y
33290 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
33291 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
33292 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
33293 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
33294 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
33295 @var{y} must be real.
33296 @end defun
33298 @defun is-true x
33299 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
33300 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
33301 or a provably non-zero formula.
33302 @end defun
33304 @defun reject-arg val pred
33305 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
33306 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
33307 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
33308 function call which led here will be left in symbolic form.
33309 @end defun
33311 @defun inexact-value
33312 If Symbolic mode is enabled, this will signal an error that causes
33313 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
33314 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic mode.)
33315 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic mode, the
33316 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
33317 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
33318 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic mode will
33319 return the formula @samp{sin(5)} to your function.
33320 @end defun
33322 @defun overflow
33323 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
33324 @end defun
33326 @defun underflow
33327 This signals a floating-point underflow.
33328 @end defun
33330 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
33331 @subsubsection Computational Functions
33333 @noindent
33334 The functions described here do the actual computational work of the
33335 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
33336 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
33337 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
33338 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
33339 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
33340 is the actual Lisp function for taking square roots.
33342 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
33343 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
33344 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
33345 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
33346 respectively, instead.
33348 @defun normalize val
33349 (Full form: @code{math-normalize}.)
33350 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
33351 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
33352 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
33353 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
33354 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
33355 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
33356 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
33357 return 6.
33359 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
33360 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
33361 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
33362 the formula still in symbolic form.
33364 If the current simplification mode is ``none'' or ``numeric arguments
33365 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
33366 powerful simplification modes (like Algebraic Simplification) are
33367 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
33368 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
33369 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
33370 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
33371 on the stack.
33372 @end defun
33374 @defun evaluate-expr expr
33375 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
33376 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
33377 when you press the @kbd{=} key interactively.
33378 @end defun
33380 @defmac with-extra-prec n body
33381 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
33382 digits.  This is a macro which expands to
33384 @smallexample
33385 (math-normalize
33386   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
33387     @var{body}))
33388 @end smallexample
33390 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
33391 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
33392 is important because some arithmetic operations assume a number's
33393 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
33394 @end defmac
33396 @defun make-frac n d
33397 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
33398 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
33399 @end defun
33401 @defun make-float mant exp
33402 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
33403 of which are arbitrary integers.  This function will return a
33404 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
33405 if @var{exp} is out of range.
33406 @end defun
33408 @defun make-sdev x sigma
33409 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
33410 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
33411 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
33412 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
33413 error forms, this calls @code{reject-arg}.
33414 @end defun
33416 @defun make-intv mask lo hi
33417 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
33418 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
33419 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
33420 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
33421 @end defun
33423 @defun sort-intv mask lo hi
33424 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
33425 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
33426 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
33427 @end defun
33429 @defun make-mod n m
33430 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
33431 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
33432 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
33433 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
33434 @end defun
33436 @defun float x
33437 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
33438 converted to numerically equivalent floats; components of complex
33439 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33440 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
33441 or formula, this calls @code{reject-arg}.
33442 @end defun
33444 @defun compare x y
33445 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @mathit{-1} if
33446 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
33447 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
33448 undefined or cannot be determined.
33449 @end defun
33451 @defun numdigs n
33452 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
33453 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
33454 considered to have zero digits.
33455 @end defun
33457 @defun scale-int x n
33458 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @mathit{-@var{n}}
33459 digits with truncation toward zero.
33460 @end defun
33462 @defun scale-rounding x n
33463 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
33464 integer rather than truncating.
33465 @end defun
33467 @defun fixnum n
33468 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
33469 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
33470 24 binary bits) the result is undefined.
33471 @end defun
33473 @defun sqr x
33474 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
33475 @end defun
33477 @defun quotient x y
33478 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
33479 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
33480 direction of rounding is undefined.
33481 @end defun
33483 @defun idiv x y
33484 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
33485 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
33486 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
33487 slower than for @code{quotient}.
33488 @end defun
33490 @defun imod x y
33491 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
33492 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
33493 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
33494 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
33495 @end defun
33497 @defun idivmod x y
33498 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
33499 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
33500 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.
33501 @end defun
33503 @defun pow x y
33504 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
33505 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
33506 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.
33507 @end defun
33509 @defun abs-approx x
33510 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
33511 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
33512 the absolute values of the components.
33513 @end defun
33515 @findex e
33516 @findex gamma-const
33517 @findex ln-2
33518 @findex ln-10
33519 @findex phi
33520 @findex pi-over-2
33521 @findex pi-over-4
33522 @findex pi-over-180
33523 @findex sqrt-two-pi
33524 @findex sqrt-e
33525 @findex two-pi
33526 @defun pi
33527 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
33528 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
33529 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
33530 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, @code{ln-10}, @code{phi} and
33531 @code{gamma-const}.  Each function returns a floating-point value in the
33532 current precision, and each uses caching so that all calls after the
33533 first are essentially free.
33534 @end defun
33536 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
33537 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
33538 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
33539 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
33540 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
33541 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
33542 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
33543 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
33544 with the current precision increased by four, and the result minus its
33545 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
33546 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
33547 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
33548 again to 30 digits for use in the present request.
33549 @end defmac
33551 @findex half-circle
33552 @findex quarter-circle
33553 @defun full-circle symb
33554 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
33555 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
33556 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
33557 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic mode.  There are also similar
33558 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
33559 @end defun
33561 @defun power-of-2 n
33562 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
33563 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
33564 particular @var{n} is expensive.
33565 @end defun
33567 @defun integer-log2 n
33568 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
33569 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
33570 return @code{nil}.
33571 @end defun
33573 @defun div-mod a b m
33574 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
33575 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.
33576 @end defun
33578 @defun pow-mod a b m
33579 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
33580 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
33581 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
33582 @end defun
33584 @defun isqrt n
33585 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
33586 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
33587 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
33588 @end defun
33590 @defun to-hms a ang
33591 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
33592 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
33593 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
33594 is already an HMS form it is returned as-is.
33595 @end defun
33597 @defun from-hms a ang
33598 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
33599 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
33600 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
33601 is returned as-is.
33602 @end defun
33604 @defun to-radians a
33605 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
33606 angular mode.
33607 @end defun
33609 @defun from-radians a
33610 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
33611 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
33612 @end defun
33614 @defun to-radians-2 a
33615 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic mode a degrees to
33616 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
33617 @end defun
33619 @defun from-radians-2 a
33620 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic mode a radians to
33621 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
33622 @end defun
33624 @defun random-digit
33625 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
33626 @end defun
33628 @defun random-digits n
33629 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
33630 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
33631 @end defun
33633 @defun random-float
33634 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
33635 @end defun
33637 @defun prime-test n iters
33638 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
33639 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
33640 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
33641 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
33642 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
33643 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
33644 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
33645 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
33646 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
33647 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
33648 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
33649 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
33650 @code{prime-test} remembers where it left off.
33651 @end defun
33653 @defun to-simple-fraction f
33654 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
33655 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
33656 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
33657 fast.
33658 @end defun
33660 @defun to-fraction f tol
33661 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
33662 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
33663 function @code{frac}, and can be rather slow.
33664 @end defun
33666 @defun quarter-integer n
33667 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
33668 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
33669 @mathit{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
33670 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
33671 returns @code{nil}.
33672 @end defun
33674 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
33675 @subsubsection Vector Functions
33677 @noindent
33678 The functions described here perform various operations on vectors and
33679 matrices.
33681 @defun math-concat x y
33682 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
33683 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
33684 @end defun
33686 @defun vec-length v
33687 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
33688 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
33689 rows in the matrix.
33690 @end defun
33692 @defun mat-dimens m
33693 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
33694 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
33695 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
33696 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
33697 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
33698 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
33699 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
33700 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
33701 elements.
33702 @end defun
33704 @defun dimension-error
33705 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
33706 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
33707 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
33708 @end defun
33710 @defun build-vector args
33711 Return a Calc vector with @var{args} as elements.
33712 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
33713 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
33714 @end defun
33716 @defun make-vec obj dims
33717 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
33718 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
33719 filled with 27's.
33720 @end defun
33722 @defun row-matrix v
33723 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
33724 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
33725 leave it alone.
33726 @end defun
33728 @defun col-matrix v
33729 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
33730 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
33731 already a matrix, leave it alone.
33732 @end defun
33734 @defun map-vec f v
33735 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
33736 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
33737 of vector @var{v}.
33738 @end defun
33740 @defun map-vec-2 f a b
33741 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
33742 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
33743 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
33744 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
33745 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
33746 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
33747 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
33748 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
33749 just where they are in the function position of a Lisp expression.
33750 @end defun
33752 @defun reduce-vec f v
33753 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
33754 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
33755 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
33756 @end defun
33758 @defun reduce-cols f m
33759 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
33760 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
33761 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
33762 @end defun
33764 @defun mat-row m n
33765 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
33766 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
33767 (@xref{Extracting Elements}.)
33768 @end defun
33770 @defun mat-col m n
33771 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
33772 The arguments are not checked for correctness.
33773 @end defun
33775 @defun mat-less-row m n
33776 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
33777 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
33778 @end defun
33780 @defun mat-less-col m n
33781 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
33782 @end defun
33784 @defun transpose m
33785 Return the transpose of matrix @var{m}.
33786 @end defun
33788 @defun flatten-vector v
33789 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
33790 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
33791 @end defun
33793 @defun copy-matrix m
33794 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
33795 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
33796 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
33797 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
33798 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
33799 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.
33800 @end defun
33802 @defun swap-rows m r1 r2
33803 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
33804 other words, unlike most of the other functions described here, this
33805 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
33806 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
33807 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
33808 @var{m}.
33809 @end defun
33811 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
33812 @subsubsection Symbolic Functions
33814 @noindent
33815 The functions described here operate on symbolic formulas in the
33816 Calculator.
33818 @defun calc-prepare-selection num
33819 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
33820 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
33821 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
33822 useful information about the current stack entry into a set of
33823 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
33824 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
33825 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
33826 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
33827 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
33828 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
33829 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
33830 their corresponding sub-formulas.
33832 A slight complication arises in the selection mechanism because
33833 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
33834 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
33835 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
33836 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
33837 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
33838 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
33839 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
33840 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
33841 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
33842 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
33843 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
33844 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
33845 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
33846 @end defun
33848 @defun calc-encase-atoms x
33849 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
33850 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
33851 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
33852 the formula in-place.
33853 @end defun
33855 @defun calc-find-selected-part
33856 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
33857 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
33858 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
33859 formula, this returns @code{nil}.
33860 @end defun
33862 @defun calc-change-current-selection selection
33863 Change the currently prepared stack element's selection to
33864 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
33865 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
33866 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
33867 to reflect the new selection.
33868 @end defun
33870 @defun calc-find-nth-part expr n
33871 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
33872 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
33873 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
33874 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
33875 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
33876 @end defun
33878 @defun calc-find-parent-formula expr part
33879 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
33880 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
33881 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
33882 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
33883 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
33884 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
33885 This function does not take associativity into account.
33886 @end defun
33888 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
33889 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
33890 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
33891 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
33892 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
33893 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
33894 return the whole expression.
33895 @end defun
33897 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
33898 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
33899 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
33900 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
33901 has been used, this simply returns @var{part}.
33902 @end defun
33904 @defun calc-find-sub-formula expr part
33905 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
33906 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
33907 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
33908 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
33909 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
33910 function does not take associativity into account.
33911 @end defun
33913 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
33914 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
33915 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
33916 @end defun
33918 @defun simplify expr
33919 Simplify the expression @var{expr} by applying various algebraic rules.
33920 This is what the @w{@kbd{a s}} (@code{calc-simplify}) command uses.  This
33921 always returns a copy of the expression; the structure @var{expr} points
33922 to remains unchanged in memory.
33924 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
33925 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
33926 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
33927 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
33928 each level, any simplifications that can be made are made until no
33929 further changes are possible.  Once the entire formula has been
33930 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
33931 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
33932 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
33933 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
33934 needed:@: one to simplify the formula, and another to verify that no
33935 further simplifications were possible.
33936 @end defun
33938 @defun simplify-extended expr
33939 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
33940 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
33941 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
33942 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
33943 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
33944 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
33945 Dangerous simplification rules are written to check this variable
33946 before taking any action.
33947 @end defun
33949 @defun simplify-units expr
33950 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
33951 whenever possible.  This works by binding the variable
33952 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
33953 @end defun
33955 @defmac math-defsimplify funcs body
33956 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
33957 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
33958 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
33959 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
33960 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
33961 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
33962 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
33963 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
33964 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
33965 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
33966 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
33967 If the function body returns something different, that new formula is
33968 substituted for @var{expr} in the original formula.
33970 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
33971 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
33972 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
33973 function will not have a chance to trigger until the next iteration
33974 of the main @code{simplify} loop.
33976 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
33977 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
33978 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
33979 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
33981 The arguments of a function call will already have been simplified
33982 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
33983 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
33984 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
33985 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
33987 @smallexample
33988 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
33989   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
33990            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
33991                            (math-neg (nth 1 expr)))))
33992       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
33993            (or math-living-dangerously
33994                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
33995            (nth 1 (nth 1 expr)))))
33996 @end smallexample
33998 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
33999 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
34000 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
34001 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.
34002 @end defmac
34004 @defun common-constant-factor expr
34005 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
34006 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
34007 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
34008 3 is a common factor of all the terms.
34009 @end defun
34011 @defun cancel-common-factor expr factor
34012 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
34013 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
34014 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
34015 it is being used by a simplification rule (where such things are
34016 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
34017 square roots:
34019 @smallexample
34020 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
34021   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
34022     (and fac (not (eq fac 1))
34023          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
34024                    (math-normalize
34025                     (list 'calcFunc-sqrt
34026                           (math-cancel-common-factor
34027                            (nth 1 expr) fac)))))))
34028 @end smallexample
34029 @end defun
34031 @defun frac-gcd a b
34032 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
34033 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
34034 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
34035 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
34036 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.
34037 @end defun
34039 @defun map-tree func expr many
34040 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
34041 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
34042 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
34043 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
34044 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
34045 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
34046 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
34047 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
34048 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
34049 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
34050 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
34051 default, as described above, is infinitely many times.
34052 @end defun
34054 @defun compile-rewrites rules
34055 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
34056 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
34057 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
34058 for that same variable can return immediately.  If there are problems
34059 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
34060 message.
34061 @end defun
34063 @defun apply-rewrites expr crules heads
34064 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
34065 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
34066 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
34067 matched, or if the only rules that matched did not actually change
34068 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
34069 it should be a list of all function names that (may) appear in
34070 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
34071 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
34072 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
34073 down to just a few rules in the rule set.
34074 @end defun
34076 @defun rewrite-heads expr
34077 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
34078 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
34079 @end defun
34081 @defun rewrite expr rules many
34082 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
34083 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
34084 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
34085 times.
34086 @end defun
34088 @defun match-patterns pat vec not-flag
34089 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
34090 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
34091 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
34092 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
34093 @end defun
34095 @defun deriv expr var value symb
34096 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
34097 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
34098 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
34099 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
34100 functions for which no derivative formula is known, new derivative
34101 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
34102 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of undifferentiable
34103 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
34104 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
34106 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
34107 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
34108 of the symbol for the function's derivative, which will be the
34109 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
34110 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
34111 original function call that is being differentiated.  It should return
34112 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
34113 is defined by
34115 @smallexample
34116 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
34117      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
34118 @end smallexample
34120 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
34121 @smallexample
34122 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
34123      (function (lambda (x b) ... )))
34124 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
34125      (function (lambda (x b) ... )))
34126 @end smallexample
34127 @end defun
34129 @defun tderiv expr var value symb
34130 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
34131 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
34132 assumed to be constant with respect to @var{var}.
34133 @end defun
34135 @defun integ expr var low high
34136 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
34137 @xref{Calculus}, for further details.
34138 @end defun
34140 @defmac math-defintegral funcs body
34141 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
34142 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
34143 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
34144 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
34145 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
34146 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
34147 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
34148 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
34149 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
34150 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
34152 @smallexample
34153 (math-defintegral calcFunc-conj
34154   (let ((int (math-integral u)))
34155     (and int
34156          (list 'calcFunc-conj int))))
34158 (math-defintegral calcFunc-cos
34159   (and (equal u math-integ-var)
34160        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
34161 @end smallexample
34163 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
34164 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
34165 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
34166 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
34167 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
34168 result.
34169 @end defmac
34171 @defmac math-defintegral-2 funcs body
34172 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
34173 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
34174 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
34175 @var{v}.
34176 @end defmac
34178 @defun solve-for lhs rhs var full
34179 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
34180 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
34181 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
34182 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
34183 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
34184 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
34185 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
34186 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
34187 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
34188 as properties in a manner similar to derivatives:
34190 @smallexample
34191 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
34192      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
34193 @end smallexample
34195 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
34196 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
34197 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
34198 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
34199 if the caller requested a non-``full'' solution.
34200 @end defun
34202 @defun solve-eqn expr var full
34203 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
34204 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
34205 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
34206 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
34207 @end defun
34209 @defun solve-system exprs vars full
34210 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
34211 and @var{vars} will be vectors of equal length.
34212 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
34213 @end defun
34215 @defun expr-contains expr var
34216 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
34217 of @var{expr}.
34219 This function might seem at first to be identical to
34220 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
34221 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
34222 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
34223 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
34224 @code{eq} to each other.
34225 @end defun
34227 @defun expr-contains-count expr var
34228 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
34229 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.
34230 @end defun
34232 @defun expr-depends expr var
34233 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
34234 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
34235 in common.
34236 @end defun
34238 @defun expr-contains-vars expr
34239 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
34240 contains only constants and functions with constant arguments.
34241 @end defun
34243 @defun expr-subst expr old new
34244 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
34245 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
34246 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
34247 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.
34248 @end defun
34250 @defun multi-subst expr old new
34251 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
34252 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
34253 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
34254 are ignored.
34255 @end defun
34257 @defun expr-weight expr
34258 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
34259 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
34260 ``primitive'' objects, this will be one.
34261 @end defun
34263 @defun expr-height expr
34264 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
34265 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
34266 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.
34267 @end defun
34269 @defun polynomial-p expr var
34270 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
34271 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
34272 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
34273 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
34274 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
34275 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
34276 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
34277 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
34278 a polynomial of degree 0.
34279 @end defun
34281 @defun is-polynomial expr var degree loose
34282 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
34283 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
34284 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
34285 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
34286 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
34287 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
34288 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
34289 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
34290 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
34291 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
34292 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
34293 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
34294 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
34295 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
34296 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
34297 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
34298 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
34299 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
34300 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.
34301 @end defun
34303 @defun polynomial-base expr pred
34304 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
34305 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
34306 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
34307 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
34308 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
34309 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
34310 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
34311 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
34312 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
34313 is found.
34314 @end defun
34316 @defun poly-simplify poly
34317 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
34318 clipping off trailing zeros.
34319 @end defun
34321 @defun poly-mix a ac b bc
34322 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
34323 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
34324 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
34325 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.
34326 @end defun
34328 @defun poly-mul a b
34329 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
34330 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
34331 @end defun
34333 @defun build-polynomial-expr poly var
34334 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
34335 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
34336 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
34337 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
34338 to turn the list back into an expression in regular form.
34339 @end defun
34341 @defun check-unit-name var
34342 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
34343 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
34344 will be a list whose first element is the unit name (not counting
34345 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
34346 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
34347 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
34348 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
34349 @end defun
34351 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
34352 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
34353 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
34354 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
34355 checks whether @var{expr} is directly a units expression.
34356 @end defun
34358 @defun single-units-in-expr-p expr
34359 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
34360 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
34361 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
34362 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
34363 @end defun
34365 @defun to-standard-units expr which
34366 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
34367 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
34368 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
34369 where the first element is a Calc base symbol name and the second
34370 is an expression to substitute for it.
34371 @end defun
34373 @defun remove-units expr
34374 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
34375 This expression is generally normalized before use.
34376 @end defun
34378 @defun extract-units expr
34379 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
34380 by ones.
34381 @end defun
34383 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
34384 @subsubsection I/O and Formatting Functions
34386 @noindent
34387 The functions described here are responsible for parsing and formatting
34388 Calc numbers and formulas.
34390 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
34391 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
34392 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
34393 @end defun
34395 @defun read-number str
34396 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
34397 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
34398 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
34399 @end defun
34401 @defun read-expr str
34402 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
34403 not have the form of a valid expression, return a list of the form
34404 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
34405 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
34406 a string describing the problem.
34407 @end defun
34409 @defun read-exprs str
34410 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
34411 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
34412 shown above is returned instead.
34413 @end defun
34415 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
34416 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
34417 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
34418 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
34419 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
34420 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
34421 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
34422 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
34423 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
34424 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
34425 @code{calc-normalize} first.
34427 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
34428 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
34429 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
34430 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
34431 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
34432 that actually appeared in the input.
34433 @end defun
34435 @defun format-number a
34436 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
34437 @end defun
34439 @defun format-flat-expr a prec
34440 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
34441 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
34442 This is a simple format designed
34443 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
34444 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
34445 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
34446 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
34447 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
34448 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.
34449 @end defun
34451 @defun format-nice-expr a width
34452 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
34453 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
34454 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
34455 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
34456 command uses this when only one stack entry is being edited.
34457 @end defun
34459 @defun format-value a width
34460 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
34461 format seen in the stack buffer.  Beware the string returned may
34462 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
34463 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
34464 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
34465 parameter, if given, is the target window size for which to format
34466 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
34467 window is used.
34468 @end defun
34470 @defun compose-expr a prec
34471 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
34472 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
34473 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
34474 You can specify the format of a given type of function call by putting
34475 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
34476 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
34477 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
34478 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
34479 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
34480 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
34481 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
34482 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
34483 normal function-call notation for that language.
34484 @end defun
34486 @defun composition-to-string c w
34487 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
34488 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
34489 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
34490 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
34491 followed by @code{composition-to-string}.
34492 @end defun
34494 @defun comp-width c
34495 Compute the width in characters of composition @var{c}.
34496 @end defun
34498 @defun comp-height c
34499 Compute the height in lines of composition @var{c}.
34500 @end defun
34502 @defun comp-ascent c
34503 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
34504 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
34505 @end defun
34507 @defun comp-descent c
34508 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
34509 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
34510 @end defun
34512 @defun comp-first-char c
34513 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
34514 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
34515 return @code{nil}.
34516 @end defun
34518 @defun comp-last-char c
34519 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
34520 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
34521 @end defun
34523 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
34524 @comment @subsubsection Lisp Variables
34525 @comment
34526 @comment @noindent
34527 @comment (This section is currently unfinished.)
34529 @node Hooks,  , Formatting Lisp Functions, Internals
34530 @subsubsection Hooks
34532 @noindent
34533 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
34534 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
34535 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
34536 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
34537 other customization-related variables are also described here.
34539 @defvar calc-load-hook
34540 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
34541 been loaded, before any functions in it have been called, but after
34542 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
34543 @end defvar
34545 @defvar calc-ext-load-hook
34546 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
34547 @end defvar
34549 @defvar calc-start-hook
34550 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
34551 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
34552 necessary, the Calc window and trail window have been created,
34553 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
34554 @end defvar
34556 @defvar calc-mode-hook
34557 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
34558 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
34559 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
34560 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
34561 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
34562 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
34563 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
34564 been evaluated yet.
34565 @end defvar
34567 @defvar calc-trail-mode-hook
34568 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
34569 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
34570 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
34571 per Emacs session.
34572 @end defvar
34574 @defvar calc-end-hook
34575 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
34576 presses @kbd{q} or @kbd{C-x * c} while in Calc.  The Calc buffer will
34577 be the current buffer.  The hook is called as the very first
34578 step, before the Calc window is destroyed.
34579 @end defvar
34581 @defvar calc-window-hook
34582 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc window.
34583 Upon return, this new Calc window should be the current window.
34584 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
34585 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
34586 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
34587 and @code{select-window} to create the Calc window.
34588 @end defvar
34590 @defvar calc-trail-window-hook
34591 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc Trail
34592 window.  The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
34593 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook}, this hook
34594 must @emph{not} switch into the new window.
34595 @end defvar
34597 @defvar calc-embedded-mode-hook
34598 This hook is called the first time that Embedded mode is entered.
34599 @end defvar
34601 @defvar calc-embedded-new-buffer-hook
34602 This hook is called each time that Embedded mode is entered in a
34603 new buffer.
34604 @end defvar
34606 @defvar calc-embedded-new-formula-hook
34607 This hook is called each time that Embedded mode is enabled for a
34608 new formula.
34609 @end defvar
34611 @defvar calc-edit-mode-hook
34612 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
34613 commands) when the temporary editing buffer is being created.
34614 The buffer will have been selected and set up to be in
34615 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
34616 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
34617 @code{calc-edit} command.)
34618 @end defvar
34620 @defvar calc-mode-save-hook
34621 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
34622 after Calc's own mode features have been inserted into the
34623 Calc init file and just before the ``End of mode settings''
34624 message is inserted.
34625 @end defvar
34627 @defvar calc-reset-hook
34628 This hook is called after @kbd{C-x * 0} (@code{calc-reset}) has
34629 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
34630 @end defvar
34632 @defvar calc-other-modes
34633 This variable contains a list of strings.  The strings are
34634 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
34635 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
34636 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
34637 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
34638 @end defvar
34640 @defvar calc-mode-map
34641 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
34642 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
34643 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
34644 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
34645 which is a command that loads the extensions package and
34646 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
34647 one of these keys, it will probably be overridden when the
34648 extensions are loaded.
34649 @end defvar
34651 @defvar calc-digit-map
34652 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
34653 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
34654 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
34655 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
34656 @end defvar
34658 @defvar calc-alg-ent-map
34659 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
34660 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
34661 @end defvar
34663 @defvar calc-store-var-map
34664 This is the keymap that is used during entry of variable names for
34665 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
34666 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
34667 @end defvar
34669 @defvar calc-edit-mode-map
34670 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
34671 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
34672 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
34673 @end defvar
34675 @defvar calc-mode-var-list
34676 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
34677 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
34678 and its default value.  When modes are being saved, each variable
34679 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
34680 non-default variables are written out.
34681 @end defvar
34683 @defvar calc-local-var-list
34684 This is a list of variables which should be buffer-local to the
34685 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
34686 These variables also have their default values manipulated by
34687 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
34688 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
34689 used the first time, your hook should add a variable to the
34690 list and also call @code{make-local-variable} itself.
34691 @end defvar
34693 @node Copying, GNU Free Documentation License, Programming, Top
34694 @appendix GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
34695 @include gpl.texi
34697 @node GNU Free Documentation License, Customizing Calc, Copying, Top
34698 @appendix GNU Free Documentation License
34699 @include doclicense.texi
34701 @node Customizing Calc, Reporting Bugs, GNU Free Documentation License, Top
34702 @appendix Customizing Calc
34704 The usual prefix for Calc is the key sequence @kbd{C-x *}.  If you wish
34705 to use a different prefix, you can put
34707 @example
34708 (global-set-key "NEWPREFIX" 'calc-dispatch)
34709 @end example
34711 @noindent
34712 in your .emacs file.  
34713 (@xref{Key Bindings,,Customizing Key Bindings,emacs,
34714 The GNU Emacs Manual}, for more information on binding keys.)
34715 A convenient way to start Calc is with @kbd{C-x * *}; to make it equally
34716 convenient for users who use a different prefix, the prefix can be
34717 followed by  @kbd{=}, @kbd{&}, @kbd{#}, @kbd{\}, @kbd{/}, @kbd{+} or
34718 @kbd{-} as well as @kbd{*} to start Calc, and so in many cases the last
34719 character of the prefix can simply be typed twice.
34721 Calc is controlled by many variables, most of which can be reset
34722 from within Calc.  Some variables are less involved with actual
34723 calculation, and can be set outside of Calc using Emacs's
34724 customization facilities.  These variables are listed below.
34725 Typing @kbd{M-x customize-variable RET @var{variable-name} RET}
34726 will bring up a buffer in which the variable's value can be redefined.
34727 Typing @kbd{M-x customize-group RET calc RET} will bring up a buffer which
34728 contains all of Calc's customizable variables.  (These variables can
34729 also be reset by putting the appropriate lines in your .emacs file;
34730 @xref{Init File, ,Init File, emacs, The GNU Emacs Manual}.)
34732 Some of the customizable variables are regular expressions.  A regular
34733 expression is basically a pattern that Calc can search for.
34734 See @ref{Regexp Search,, Regular Expression Search, emacs, The GNU Emacs Manual}
34735 to see how regular expressions work.
34737 @defvar calc-settings-file
34738 The variable @code{calc-settings-file} holds the file name in
34739 which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P} store ``permanent''
34740 definitions.  
34741 If @code{calc-settings-file} is not your user init file (typically
34742 @file{~/.emacs}) and if the variable @code{calc-loaded-settings-file} is
34743 @code{nil}, then Calc will automatically load your settings file (if it
34744 exists) the first time Calc is invoked.
34746 The default value for this variable is @code{"~/.calc.el"}.
34747 @end defvar
34749 @defvar calc-gnuplot-name
34750 See @ref{Graphics}.@*
34751 The variable @code{calc-gnuplot-name} should be the name of the
34752 GNUPLOT program (a string).  If you have GNUPLOT installed on your
34753 system but Calc is unable to find it, you may need to set this
34754 variable.  You may also need to set some Lisp variables to show Calc how
34755 to run GNUPLOT on your system, see @ref{Devices, ,Graphical Devices} .
34756 The default value of @code{calc-gnuplot-name} is @code{"gnuplot"}.
34757 @end defvar
34759 @defvar  calc-gnuplot-plot-command
34760 @defvarx calc-gnuplot-print-command
34761 See @ref{Devices, ,Graphical Devices}.@*
34762 The variables @code{calc-gnuplot-plot-command} and
34763 @code{calc-gnuplot-print-command} represent system commands to
34764 display and print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
34765 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
34766 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
34767 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
34768 to display or print the output.
34770 The default value of @code{calc-gnuplot-plot-command} is @code{nil},
34771 and the default value of @code{calc-gnuplot-print-command} is
34772 @code{"lp %s"}.
34773 @end defvar
34775 @defvar calc-language-alist
34776 See @ref{Basic Embedded Mode}.@*
34777 The variable @code{calc-language-alist} controls the languages that
34778 Calc will associate with major modes.  When Calc embedded mode is
34779 enabled, it will try to use the current major mode to
34780 determine what language should be used.  (This can be overridden using
34781 Calc's mode changing commands, @xref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
34782 The variable @code{calc-language-alist} consists of a list of pairs of
34783 the form  @code{(@var{MAJOR-MODE} . @var{LANGUAGE})}; for example, 
34784 @code{(latex-mode . latex)} is one such pair.  If Calc embedded is
34785 activated in a buffer whose major mode is @var{MAJOR-MODE}, it will set itself
34786 to use the language @var{LANGUAGE}.
34788 The default value of @code{calc-language-alist} is
34789 @example
34790    ((latex-mode . latex)
34791     (tex-mode   . tex)
34792     (plain-tex-mode . tex)
34793     (context-mode . tex)
34794     (nroff-mode . eqn)
34795     (pascal-mode . pascal)
34796     (c-mode . c)
34797     (c++-mode . c)
34798     (fortran-mode . fortran)
34799     (f90-mode . fortran))
34800 @end example
34801 @end defvar
34803 @defvar calc-embedded-announce-formula
34804 @defvarx calc-embedded-announce-formula-alist
34805 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34806 The variable @code{calc-embedded-announce-formula} helps determine
34807 what formulas @kbd{C-x * a} will activate in a buffer.  It is a
34808 regular expression, and when activating embedded formulas with
34809 @kbd{C-x * a}, it will tell Calc that what follows is a formula to be
34810 activated.  (Calc also uses other patterns to find formulas, such as
34811 @samp{=>} and @samp{:=}.)  
34813 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which checks
34814 for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning with
34815 @samp{%} and a space.
34817 The variable @code{calc-embedded-announce-formula-alist} is used to
34818 set @code{calc-embedded-announce-formula} to different regular
34819 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
34820 It consists of a list of pairs of the form @code{(@var{MAJOR-MODE} .
34821 @var{REGEXP})}, and its default value is
34822 @example
34823    ((c++-mode     . "//Embed\n\\(// .*\n\\)*")
34824     (c-mode       . "/\\*Embed\\*/\n\\(/\\* .*\\*/\n\\)*")
34825     (f90-mode     . "!Embed\n\\(! .*\n\\)*")
34826     (fortran-mode . "C Embed\n\\(C .*\n\\)*")
34827     (html-helper-mode . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34828     (html-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34829     (nroff-mode   . "\\\\\"Embed\n\\(\\\\\" .*\n\\)*")
34830     (pascal-mode  . "@{Embed@}\n\\(@{.*@}\n\\)*")
34831     (sgml-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34832     (xml-mode     . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34833     (texinfo-mode . "@@c Embed\n\\(@@c .*\n\\)*"))
34834 @end example
34835 Any major modes added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
34836 should also be added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} 
34837 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
34838 @end defvar
34840 @defvar  calc-embedded-open-formula
34841 @defvarx calc-embedded-close-formula
34842 @defvarx calc-embedded-open-close-formula-alist
34843 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34844 The variables @code{calc-embedded-open-formula} and
34845 @code{calc-embedded-open-formula} control the region that Calc will
34846 activate as a formula when Embedded mode is entered with @kbd{C-x * e}.
34847 They are regular expressions; 
34848 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
34849 nearest text matching these regular expressions to be the ``formula
34850 delimiters''.
34852 The simplest delimiters are blank lines.  Other delimiters that
34853 Embedded mode understands by default are:
34854 @enumerate
34855 @item
34856 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
34857 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
34858 @item
34859 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
34860 @item
34861 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
34862 @item
34863 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
34864 @item
34865 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
34866 @end enumerate
34868 The variable @code{calc-embedded-open-close-formula-alist} is used to
34869 set @code{calc-embedded-open-formula} and
34870 @code{calc-embedded-close-formula} to different regular
34871 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
34872 It consists of a list of lists of the form 
34873 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-FORMULA-REGEXP}
34874 @var{CLOSE-FORMULA-REGEXP})}, and its default value is
34875 @code{nil}.
34876 @end defvar
34878 @defvar  calc-embedded-open-word
34879 @defvarx calc-embedded-close-word
34880 @defvarx calc-embedded-open-close-word-alist
34881 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34882 The variables @code{calc-embedded-open-word} and
34883 @code{calc-embedded-close-word} control the region that Calc will
34884 activate when Embedded mode is entered with @kbd{C-x * w}.  They are
34885 regular expressions.
34887 The default values of @code{calc-embedded-open-word} and
34888 @code{calc-embedded-close-word} are @code{"^\\|[^-+0-9.eE]"} and 
34889 @code{"$\\|[^-+0-9.eE]"} respectively.
34891 The variable @code{calc-embedded-open-close-word-alist} is used to
34892 set @code{calc-embedded-open-word} and
34893 @code{calc-embedded-close-word} to different regular
34894 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
34895 It consists of a list of lists of the form 
34896 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-WORD-REGEXP}
34897 @var{CLOSE-WORD-REGEXP})}, and its default value is
34898 @code{nil}.
34899 @end defvar
34901 @defvar  calc-embedded-open-plain
34902 @defvarx calc-embedded-close-plain
34903 @defvarx calc-embedded-open-close-plain-alist
34904 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34905 The variables @code{calc-embedded-open-plain} and
34906 @code{calc-embedded-open-plain} are used to delimit ``plain''
34907 formulas.  Note that these are actual strings, not regular
34908 expressions, because Calc must be able to write these string into a
34909 buffer as well as to recognize them.
34911 The default string for @code{calc-embedded-open-plain} is 
34912 @code{"%%% "}, note the trailing space.  The default string for 
34913 @code{calc-embedded-close-plain} is @code{" %%%\n"}, without
34914 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
34915 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
34917 The variable @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} is used to
34918 set @code{calc-embedded-open-plain} and
34919 @code{calc-embedded-close-plain} to different strings
34920 depending on the major mode of the editing buffer.
34921 It consists of a list of lists of the form 
34922 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-PLAIN-STRING}
34923 @var{CLOSE-PLAIN-STRING})}, and its default value is
34924 @example
34925    ((c++-mode     "// %% "   " %%\n")
34926     (c-mode       "/* %% "   " %% */\n")
34927     (f90-mode     "! %% "    " %%\n")
34928     (fortran-mode "C %% "    " %%\n")
34929     (html-helper-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
34930     (html-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
34931     (nroff-mode   "\\\" %% " " %%\n")
34932     (pascal-mode  "@{%% "    " %%@}\n")
34933     (sgml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
34934     (xml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
34935     (texinfo-mode "@@c %% "   " %%\n"))
34936 @end example
34937 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}
34938 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
34939 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
34940 @end defvar
34942 @defvar  calc-embedded-open-new-formula
34943 @defvarx calc-embedded-close-new-formula
34944 @defvarx calc-embedded-open-close-new-formula-alist
34945 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34946 The variables @code{calc-embedded-open-new-formula} and
34947 @code{calc-embedded-close-new-formula} are strings which are
34948 inserted before and after a new formula when you type @kbd{C-x * f}.
34950 The default value of @code{calc-embedded-open-new-formula} is
34951 @code{"\n\n"}.  If this string begins with a newline character and the
34952 @kbd{C-x * f} is typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip
34953 this first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in the
34954 file.  The default value of @code{calc-embedded-close-new-formula} is
34955 also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by @w{@kbd{C-x * f}}
34956 if typed at the end of a line.  (It follows that if @kbd{C-x * f} is
34957 typed on a blank line, both a leading opening newline and a trailing
34958 closing newline are omitted.)
34960 The variable @code{calc-embedded-open-close-new-formula-alist} is used to
34961 set @code{calc-embedded-open-new-formula} and
34962 @code{calc-embedded-close-new-formula} to different strings
34963 depending on the major mode of the editing buffer.
34964 It consists of a list of lists of the form 
34965 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-NEW-FORMULA-STRING}
34966 @var{CLOSE-NEW-FORMULA-STRING})}, and its default value is
34967 @code{nil}.
34968 @end defvar
34970 @defvar  calc-embedded-open-mode
34971 @defvarx calc-embedded-close-mode
34972 @defvarx calc-embedded-open-close-mode-alist
34973 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34974 The variables @code{calc-embedded-open-mode} and
34975 @code{calc-embedded-close-mode} are strings which Calc will place before
34976 and after any mode annotations that it inserts.  Calc never scans for
34977 these strings; Calc always looks for the annotation itself, so it is not
34978 necessary to add them to user-written annotations.
34980 The default value of @code{calc-embedded-open-mode} is @code{"% "}
34981 and the default value of @code{calc-embedded-close-mode} is
34982 @code{"\n"}.  
34983 If you change the value of @code{calc-embedded-close-mode}, it is a good
34984 idea still to end with a newline so that mode annotations will appear on
34985 lines by themselves.
34987 The variable @code{calc-embedded-open-close-mode-alist} is used to
34988 set @code{calc-embedded-open-mode} and
34989 @code{calc-embedded-close-mode} to different strings
34990 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
34991 It consists of a list of lists of the form 
34992 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-MODE-STRING}
34993 @var{CLOSE-MODE-STRING})}, and its default value is
34994 @example
34995    ((c++-mode     "// "   "\n")
34996     (c-mode       "/* "   " */\n")
34997     (f90-mode     "! "    "\n")
34998     (fortran-mode "C "    "\n")
34999     (html-helper-mode "<!-- " " -->\n")
35000     (html-mode    "<!-- " " -->\n")
35001     (nroff-mode   "\\\" " "\n")
35002     (pascal-mode  "@{ "    " @}\n")
35003     (sgml-mode    "<!-- " " -->\n")
35004     (xml-mode     "<!-- " " -->\n")
35005     (texinfo-mode "@@c "   "\n"))
35006 @end example
35007 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}
35008 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35009 and @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}.
35010 @end defvar
35012 @defvar calc-multiplication-has-precedence
35013 The variable @code{calc-multiplication-has-precedence} determines
35014 whether multiplication has precedence over division in algebraic
35015 formulas in normal language modes.  If
35016 @code{calc-multiplication-has-precedence} is non-@code{nil}, then
35017 multiplication has precedence (and, for certain obscure reasons, is
35018 right associative), and so for example @samp{a/b*c} will be interpreted
35019 as @samp{a/(b*c)}. If @code{calc-multiplication-has-precedence} is
35020 @code{nil}, then multiplication has the same precedence as division
35021 (and, like division, is left associative), and so for example
35022 @samp{a/b*c} will be interpreted as @samp{(a/b)*c}.  The default value
35023 of @code{calc-multiplication-has-precedence} is @code{t}.
35024 @end defvar
35026 @node Reporting Bugs, Summary, Customizing Calc, Top
35027 @appendix Reporting Bugs
35029 @noindent
35030 If you find a bug in Calc, send e-mail to Jay Belanger,
35032 @example
35033 jay.p.belanger@@gmail.com
35034 @end example
35036 @noindent
35037 There is an automatic command @kbd{M-x report-calc-bug} which helps
35038 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
35039 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
35040 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
35041 reporting a Calc bug; this command sends mail to the maintainer's
35042 regular mailbox.
35044 If you have suggestions for additional features for Calc, please send
35045 them.  Some have dared to suggest that Calc is already top-heavy with
35046 features; this obviously cannot be the case, so if you have ideas, send
35047 them right in.
35049 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
35050 future work.  If any enthusiastic souls wish to take it upon themselves
35051 to work on these, please send a message (using @kbd{M-x report-calc-bug})
35052 so any efforts can be coordinated.
35054 The latest version of Calc is available from Savannah, in the Emacs
35055 CVS tree.  See @uref{http://savannah.gnu.org/projects/emacs}.
35057 @c [summary]
35058 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
35059 @appendix Calc Summary
35061 @noindent
35062 This section includes a complete list of Calc 2.1 keystroke commands.
35063 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
35064 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
35065 and the result of the command (also with top-of-stack last).
35066 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
35067 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
35068 command name in that position.  Numbers preceding the result or
35069 command name refer to notes at the end.
35071 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
35072 keystrokes are not listed in this summary.
35073 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
35075 @iftex
35076 @begingroup
35077 @tex
35078 \vskip-2\baselineskip \null
35079 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
35080 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
35081 \leavevmode%
35082 {\smallfonts
35083 \hbox to5em{\sl\hss#1}%
35084 \hbox to5em{\tt#2\hss}%
35085 \hbox to4em{\sl#3\hss}%
35086 \hbox to5em{\rm\hss#4}%
35087 \thinspace%
35088 {\tt#5}%
35089 {\sl#6}%
35091 \gdef\sumlpar{{\rm(}}%
35092 \gdef\sumrpar{{\rm)}}%
35093 \gdef\sumcomma{{\rm,\thinspace}}%
35094 \gdef\sumexcl{{\rm!}}%
35095 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
35096 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
35097 @end tex
35098 @let@:=@sumsep
35099 @let@r=@sumrow
35100 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
35101 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
35102 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
35103 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
35104 @end iftex
35105 @format
35106 @iftex
35107 @advance@baselineskip-2.5pt
35108 @let@c@sumbreak
35109 @end iftex
35110 @r{       @:     C-x * a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
35111 @r{       @:     C-x * b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
35112 @r{       @:     C-x * c  @:             @:        @:calc@:}
35113 @r{       @:     C-x * d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
35114 @r{       @:     C-x * e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
35115 @r{       @:     C-x * f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
35116 @r{       @:     C-x * g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
35117 @r{       @:     C-x * i  @:             @:        @:calc-info@:}
35118 @r{       @:     C-x * j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
35119 @r{       @:     C-x * k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
35120 @r{       @:     C-x * l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
35121 @r{       @:     C-x * m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
35122 @r{       @:     C-x * n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
35123 @r{       @:     C-x * o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
35124 @r{       @:     C-x * p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
35125 @r{       @:     C-x * q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
35126 @r{       @:     C-x * r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
35127 @r{       @:     C-x * s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35128 @r{       @:     C-x * t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35129 @r{       @:     C-x * u  @:             @:        @:calc-embedded-update-formula@:}
35130 @r{       @:     C-x * w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
35131 @r{       @:     C-x * x  @:             @:        @:calc-quit@:}
35132 @r{       @:     C-x * y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35133 @r{       @:     C-x * z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
35134 @r{       @:     C-x * :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
35135 @r{       @:     C-x * _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
35136 @r{       @:     C-x * `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
35137 @r{       @:     C-x * 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
35140 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
35141 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
35142 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
35143 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
35144 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@tfn{#}number}
35145 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
35146 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
35147 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35148 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35151 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
35152 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
35153 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
35156 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
35157 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
35158 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
35159 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
35160 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
35161 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
35162 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
35163 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
35164 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
35165 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
35166 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
35167 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
35168 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
35169 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
35170 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
35171 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
35172 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
35175 @r{  ... a@:      @key{RET}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35176 @r{  ... a@:      @key{SPC}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35177 @r{... a b@:      @key{TAB}   @:             @:     3  @:@:... b a}
35178 @r{. a b c@:      M-@key{TAB} @:             @:     3  @:@:... b c a}
35179 @r{... a b@:      @key{LFD}   @:             @:     1  @:@:... a b a}
35180 @r{  ... a@:      @key{DEL}   @:             @:     1  @:@:...}
35181 @r{... a b@:      M-@key{DEL} @:             @:     1  @:@:... b}
35182 @r{       @:      M-@key{RET} @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
35183 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
35186 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
35187 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
35188 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
35189 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
35190 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35191 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
35192 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
35195 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
35196 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
35197 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
35198 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
35199 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
35200 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
35201 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
35204 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
35205 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
35206 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
35207 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
35208 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
35209 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
35212 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
35213 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
35214 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
35215 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
35216 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
35217 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
35218 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35221 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
35222 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
35223 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35224 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
35225 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
35226 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
35227 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
35228 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
35229 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
35230 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
35231 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
35232 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
35233 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
35234 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
35235 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
35236 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
35237 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
35238 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
35239 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
35240 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
35241 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
35242 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
35243 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
35244 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
35245 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
35246 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
35247 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
35248 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
35249 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
35250 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35251 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
35252 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
35253 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
35254 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
35255 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
35256 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
35257 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
35258 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
35259 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
35260 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
35261 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
35262 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
35263 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35264 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
35267 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
35268 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
35269 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
35270 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
35271 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
35272 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
35273 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
35274 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
35275 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
35276 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
35277 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
35278 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
35279 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
35282 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
35283 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
35284 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
35285 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
35288 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
35289 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
35290 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
35291 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
35294 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
35295 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
35296 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
35297 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
35298 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
35299 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
35300 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
35301 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
35302 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
35303 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
35304 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
35305 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
35306 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
35307 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
35308 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
35309 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
35310 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
35311 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
35312 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
35313 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
35316 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
35317 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
35318 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
35319 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
35320 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
35321 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
35322 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
35323 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
35324 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
35325 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
35326 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
35327 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
35328 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
35329 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
35330 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
35331 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
35332 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
35333 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
35334 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
35337 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
35338 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
35339 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
35340 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
35341 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
35342 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
35343 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
35344 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
35345 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
35346 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
35347 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
35348 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
35349 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
35350 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
35351 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
35354 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
35355 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
35356 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
35357 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
35358 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
35359 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
35360 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
35361 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
35362 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
35363 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
35364 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
35365 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
35366 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
35367 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
35368 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
35369 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
35370 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
35371 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
35372 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
35373 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
35374 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
35375 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
35376 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
35378 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
35379 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
35380 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
35381 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
35384 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
35385 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
35386 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
35387 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
35388 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
35389 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
35390 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
35391 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
35392 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
35393 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
35394 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
35397 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
35398 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
35401 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
35404 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
35405 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
35406 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
35407 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
35408 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
35409 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
35410 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
35411 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
35412 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
35413 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
35414 @r{       @:      d @key{SPC} @:             @:        @:calc-refresh@:}
35415 @r{       @:      d @key{RET} @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
35418 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
35419 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
35420 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
35421 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
35424 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
35425 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
35426 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
35427 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
35428 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
35429 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
35430 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
35431 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
35432 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
35433 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
35434 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
35435 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
35436 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
35437 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
35438 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
35439 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
35440 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
35441 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
35444 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
35445 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
35446 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
35447 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
35448 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
35449 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
35450 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
35451 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
35452 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
35453 @r{       @:      d L   @:             @:    50  @:calc-latex-language@:}
35454 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
35455 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
35458 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
35459 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
35462 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
35463 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
35464 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
35465 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
35466 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
35467 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
35468 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
35469 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
35470 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
35471 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
35472 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
35473 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
35476 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
35477 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
35478 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
35479 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
35480 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
35481 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
35482 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
35483 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
35484 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
35485 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35486 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
35487 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
35488 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
35489 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35490 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
35491 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
35492 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
35495 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
35496 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
35497 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
35498 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
35499 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
35500 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
35501 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
35502 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
35503 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
35504 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
35505 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
35506 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
35507 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
35508 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
35509 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
35510 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
35511 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
35512 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
35513 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
35516 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
35517 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
35518 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
35519 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
35520 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
35521 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
35522 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
35523 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
35524 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
35525 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
35526 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
35527 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
35528 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
35529 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
35530 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
35531 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
35534 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
35535 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
35536 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
35539 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
35540 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
35541 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
35542 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
35543 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
35544 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
35545 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
35546 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35547 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35548 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
35551 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
35552 @r{       @:      j @key{RET} @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
35553 @r{       @:      j @key{DEL} @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
35554 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
35555 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
35556 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
35559 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
35560 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
35561 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
35562 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
35563 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
35566 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
35567 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
35568 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
35569 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
35570 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
35571 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
35572 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
35573 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
35574 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
35575 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
35576 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
35577 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
35578 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
35579 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
35582 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
35583 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
35584 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
35585 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
35586 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
35587 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
35588 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
35589 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
35590 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
35591 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
35592 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
35593 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
35596 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
35597 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
35598 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
35599 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
35600 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
35601 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
35602 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
35603 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
35604 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
35605 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
35606 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
35607 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
35608 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
35609 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
35610 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
35611 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
35612 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
35613 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
35614 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
35615 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
35618 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
35619 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
35620 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
35621 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
35622 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
35623 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
35624 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
35625 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
35626 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
35627 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
35628 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
35629 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
35630 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
35633 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
35634 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
35635 @r{       @:      m e   @:             @:        @:calc-embedded-preserve-modes@:}
35636 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
35637 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
35638 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
35639 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
35640 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
35641 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
35642 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
35643 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
35644 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
35645 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
35646 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
35647 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
35650 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
35651 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
35652 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
35653 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
35654 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
35655 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
35656 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
35657 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
35658 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
35659 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
35660 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
35663 @r{       @:      r s   @:register     @:    27  @:calc-copy-to-register@:}
35664 @r{       @:      r i   @:register     @:        @:calc-insert-register@:}
35667 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
35668 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
35669 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
35670 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
35671 @r{       @:      s k   @:const, var   @:    29  @:calc-copy-special-constant@:}
35672 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
35673 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
35674 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
35675 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
35676 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
35677 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
35678 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
35679 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
35680 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
35681 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
35682 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
35683 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
35686 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
35687 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
35688 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
35689 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
35690 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
35691 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
35692 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
35693 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
35694 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
35695 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
35696 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
35697 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
35698 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
35701 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
35702 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
35703 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
35704 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
35705 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
35706 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
35707 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
35708 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
35709 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
35710 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @tfn{:=} b}
35711 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @tfn{=>}}
35714 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
35715 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
35716 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
35717 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
35718 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
35721 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
35722 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
35723 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
35724 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
35725 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
35726 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
35727 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
35728 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
35729 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
35730 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
35731 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
35732 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
35733 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
35736 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35737 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35738 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
35739 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
35740 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
35741 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
35742 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
35743 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
35744 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
35745 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
35746 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
35747 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
35748 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
35749 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
35750 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
35751 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
35752 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
35753 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
35754 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
35757 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
35758 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
35761 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
35762 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
35763 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
35764 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
35765 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
35766 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
35767 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
35768 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
35769 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
35770 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
35771 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
35772 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
35773 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
35774 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
35777 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
35778 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
35779 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
35780 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
35781 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
35782 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
35783 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
35784 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
35785 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
35786 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
35787 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
35788 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
35789 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
35790 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
35791 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
35792 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
35795 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
35796 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
35797 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
35800 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
35801 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
35802 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
35803 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
35804 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
35805 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
35806 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
35807 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
35808 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
35809 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
35812 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
35813 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
35814 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
35815 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
35816 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
35817 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
35820 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
35823 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
35824 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
35825 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
35826 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
35827 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35828 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
35829 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
35830 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
35831 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
35832 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
35833 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
35834 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
35835 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
35836 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
35837 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
35838 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
35839 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
35840 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
35841 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
35842 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
35843 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
35844 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
35845 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
35846 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
35847 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35848 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
35849 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
35850 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
35851 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
35852 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
35853 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
35854 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
35857 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
35858 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
35859 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
35860 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
35861 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
35862 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
35863 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
35864 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
35865 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
35866 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
35867 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
35868 @r{  m1 m2@:      V K   @:             @:        @:kron(m1,m2)}
35869 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
35870 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
35871 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
35872 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
35873 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
35874 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
35875 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
35876 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
35877 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
35878 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
35879 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
35880 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
35881 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
35882 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
35883 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
35884 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
35885 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
35888 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
35891 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
35894 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
35895 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
35896 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
35897 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
35900 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
35901 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
35902 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
35903 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
35904 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
35905 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
35906 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
35909 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
35912 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
35913 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
35914 @r{       @:      Z #   @:             @:        @:calc-kbd-query@:}
35917 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
35918 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
35919 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
35920 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
35921 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
35922 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
35923 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
35924 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
35925 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
35926 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
35927 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
35929 @end format
35931 @noindent
35932 NOTES
35934 @enumerate
35935 @c 1
35936 @item
35937 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
35938 Negative prefix arguments apply to the @expr{-n}th stack entry.
35939 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
35940 @kbd{M-@key{DEL}}, the meaning of the sign is reversed.)
35942 @c 2
35943 @item
35944 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
35945 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
35946 and the next @expr{-n} stack entries.
35948 @c 3
35949 @item
35950 Positive prefix arguments rotate top @expr{n} stack entries by one.
35951 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @expr{-n}.
35952 A prefix of zero reverses the entire stack.
35954 @c 4
35955 @item
35956 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
35958 @c 5
35959 @item
35960 Positive prefix arguments specify a precision @expr{p}.
35961 Negative prefix arguments reduce the current precision by @expr{-p}.
35963 @c 6
35964 @item
35965 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
35966 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
35968 @c 7
35969 @item
35970 A prefix argument specifies simplification level and depth.
35971 1=Default, 2=like @kbd{a s}, 3=like @kbd{a e}.
35973 @c 8
35974 @item
35975 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
35977 @c 9
35978 @item
35979 Positive prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, unsigned.
35980 Negative prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, signed.
35982 @c 10
35983 @item
35984 Prefix arguments specify the shift amount @expr{n}.  The @expr{w} argument
35985 cannot be specified in the keyboard version of this command.
35987 @c 11
35988 @item
35989 From the keyboard, @expr{d} is omitted and defaults to zero.
35991 @c 12
35992 @item
35993 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
35994 prefix always clears the mode.
35996 @c 13
35997 @item
35998 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
36000 @c 14
36001 @item
36002 A prefix argument, if any, is used for @expr{m} instead of taking
36003 @expr{m} from the stack.  @expr{M} may take any of these values:
36004 @iftex
36005 {@advance@tableindent10pt
36006 @end iftex
36007 @table @asis
36008 @item Integer
36009 Random integer in the interval @expr{[0 .. m)}.
36010 @item Float
36011 Random floating-point number in the interval @expr{[0 .. m)}.
36012 @item 0.0
36013 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
36014 @item Error form
36015 Gaussian with specified mean and standard deviation.
36016 @item Interval
36017 Random integer or floating-point number in that interval.
36018 @item Vector
36019 Random element from the vector.
36020 @end table
36021 @iftex
36023 @end iftex
36025 @c 15
36026 @item
36027 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
36028 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
36030 @c 16
36031 @item
36032 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
36033 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
36035 @c 17
36036 @item
36037 A prefix argument specifies a day number (0-6, 0-31, or 0-366).
36039 @c 18
36040 @item
36041 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
36042 the new units.
36044 @c 19
36045 @item
36046 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
36047 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
36049 @c 20
36050 @item
36051 With a prefix argument of 1, take a single 
36052 @texline @var{n}@math{\times2}
36053 @infoline @mathit{@var{N}x2} 
36054 matrix from the stack instead of two separate data vectors.
36056 @c 21
36057 @item
36058 The row or column number @expr{n} may be given as a numeric prefix
36059 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @expr{n}
36060 from the top of the stack.  If @expr{n} is a vector or interval,
36061 a subvector/submatrix of the input is created.
36063 @c 22
36064 @item
36065 The @expr{op} prompt can be answered with the key sequence for the
36066 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
36067 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
36068 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
36069 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
36070 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
36071 last argument of the created function), or otherwise you will be
36072 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
36073 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
36075 @c 23
36076 @item
36077 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
36078 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
36079 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
36080 entering @expr{op}; these modify the function name by adding the letter
36081 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
36082 or @code{d} for ``down.''
36084 @c 24
36085 @item
36086 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
36087 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
36088 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
36089 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
36090 may be an integer or a vector of integers.
36091 @iftex
36092 {@advance@tableindent-20pt
36093 @end iftex
36094 @table @cite
36095 @item -1
36096 (@var{2})  Rectangular complex number.
36097 @item -2
36098 (@var{2})  Polar complex number.
36099 @item -3
36100 (@var{3})  HMS form.
36101 @item -4
36102 (@var{2})  Error form.
36103 @item -5
36104 (@var{2})  Modulo form.
36105 @item -6
36106 (@var{2})  Closed interval.
36107 @item -7
36108 (@var{2})  Closed .. open interval.
36109 @item -8
36110 (@var{2})  Open .. closed interval.
36111 @item -9
36112 (@var{2})  Open interval.
36113 @item -10
36114 (@var{2})  Fraction.
36115 @item -11
36116 (@var{2})  Float with integer mantissa.
36117 @item -12
36118 (@var{2})  Float with mantissa in @expr{[1 .. 10)}.
36119 @item -13
36120 (@var{1})  Date form (using date numbers).
36121 @item -14
36122 (@var{3})  Date form (using year, month, day).
36123 @item -15
36124 (@var{6})  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
36125 @end table
36126 @iftex
36128 @end iftex
36130 @c 25
36131 @item
36132 A prefix argument specifies the size @expr{n} of the matrix.  With no
36133 prefix argument, @expr{n} is omitted and the size is inferred from
36134 the input vector.
36136 @c 26
36137 @item
36138 The prefix argument specifies the starting position @expr{n} (default 1).
36140 @c 27
36141 @item
36142 Cursor position within stack buffer affects this command.
36144 @c 28
36145 @item
36146 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
36148 @c 29
36149 @item
36150 Variable name may be a single digit or a full name.
36152 @c 30
36153 @item
36154 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{C-c C-c} (or 
36155 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or kill the
36156 buffer with @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
36157 of the result of the edit.
36159 @c 31
36160 @item
36161 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
36163 @c 32
36164 @item
36165 Press this key a second time to cancel the prefix.
36167 @c 33
36168 @item
36169 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
36170 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
36172 @c 34
36173 @item
36174 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
36175 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
36176 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
36177 backward by that many lines.
36179 @c 35
36180 @item
36181 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
36182 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
36183 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
36184 region between point and mark as a single formula.
36186 @c 36
36187 @item
36188 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
36189 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
36190 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
36191 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
36193 @c 37
36194 @item
36195 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
36197 @c 38
36198 @item
36199 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
36200 later prompts by popping additional stack entries.
36202 @c 39
36203 @item
36204 Answer for @expr{v} may also be of the form @expr{v = v_0} or
36205 @expr{v - v_0}.
36207 @c 40
36208 @item
36209 With a positive prefix argument, stack contains many @expr{y}'s and one
36210 common @expr{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
36211 @expr{y}s and a common @expr{x}.  With a negative prefix, stack
36212 contains many @expr{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
36213 @expr{z} for @expr{y} and @expr{x,y} for @expr{x}.)
36215 @c 41
36216 @item
36217 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
36219 @c 42
36220 @item
36221 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
36222 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
36224 @c 43
36225 @item
36226 With any prefix argument, set the default value instead of the
36227 value for this graph.
36229 @c 44
36230 @item
36231 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
36233 @c 45
36234 @item
36235 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
36236 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
36237 otherwise.
36239 @c 46
36240 @item
36241 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
36242 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
36243 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
36244 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
36245 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
36246 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
36247 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
36248 to evaluate variables.
36250 @c 47
36251 @item
36252 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
36253 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
36254 assigns 
36255 @texline @math{x \coloneq a-x}.
36256 @infoline @expr{x := a-x}.
36258 @c 48
36259 @item
36260 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
36261 variables prompt with @expr{iv} or @expr{iv;pv} to specify
36262 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
36263 takes @mathit{@var{n}+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
36264 and a vector from the stack.
36266 @c 49
36267 @item
36268 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
36269 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
36271 @c 50
36272 @item
36273 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
36274 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
36275 entry, then restores the original setting of the mode.
36277 @c 51
36278 @item
36279 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
36280 default 2D resolution.
36282 @c 52
36283 @item
36284 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
36285 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
36286 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
36287 grabs the @var{n}th mode value only.
36288 @end enumerate
36290 @iftex
36291 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
36292 @page
36293 @endgroup
36294 @end iftex
36297 @c [end-summary]
36299 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
36300 @unnumbered Index of Key Sequences
36302 @printindex ky
36304 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
36305 @unnumbered Index of Calculator Commands
36307 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
36308 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
36309 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
36310 @kbd{M-x calc-last-args}.
36312 @printindex pg
36314 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
36315 @unnumbered Index of Algebraic Functions
36317 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
36318 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
36319 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
36320 @iftex
36321 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
36322 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
36323 @end iftex
36325 @printindex tp
36327 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
36328 @unnumbered Concept Index
36330 @printindex cp
36332 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
36333 @unnumbered Index of Variables
36335 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
36336 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
36337 corresponding Lisp variable.
36339 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
36340 in your Calc init file or @file{.emacs} file.
36342 @printindex vr
36344 @node Lisp Function Index,  , Variable Index, Top
36345 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
36347 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
36348 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
36349 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
36350 @samp{math-}.
36352 @printindex fn
36354 @bye
36357 @ignore
36358    arch-tag: 77a71809-fa4d-40be-b2cc-da3e8fb137c0
36359 @end ignore