libstdc++-v3/include/tr1/bessel_function.tcc

   1 // Special functions -*- C++ -*-
   2
   3 // Copyright (C) 2006-2013 Free Software Foundation, Inc.
   4 //
   5 // This file is part of the GNU ISO C++ Library.  This library is free
   6 // software; you can redistribute it and/or modify it under the
   7 // terms of the GNU General Public License as published by the
   8 // Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
   9 // any later version.
  10 //
  11 // This library is distributed in the hope that it will be useful,
  12 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14 // GNU General Public License for more details.
  15 //
  16 // Under Section 7 of GPL version 3, you are granted additional
  17 // permissions described in the GCC Runtime Library Exception, version
  18 // 3.1, as published by the Free Software Foundation.
  19
  20 // You should have received a copy of the GNU General Public License and
  21 // a copy of the GCC Runtime Library Exception along with this program;
  22 // see the files COPYING3 and COPYING.RUNTIME respectively.  If not, see
  23 // <http://www.gnu.org/licenses/>.
  24
  25 /** @file tr1/bessel_function.tcc
  26  *  This is an internal header file, included by other library headers.
  27  *  Do not attempt to use it directly. @headername{tr1/cmath}
  28  */
  29
  30 //
  31 // ISO C++ 14882 TR1: 5.2  Special functions
  32 //
  33
  34 // Written by Edward Smith-Rowland.
  35 //
  36 // References:
  37 //   (1) Handbook of Mathematical Functions,
  38 //       ed. Milton Abramowitz and Irene A. Stegun,
  39 //       Dover Publications,
  40 //       Section 9, pp. 355-434, Section 10 pp. 435-478
  41 //   (2) The Gnu Scientific Library, http://www.gnu.org/software/gsl
  42 //   (3) Numerical Recipes in C, by W. H. Press, S. A. Teukolsky,
  43 //       W. T. Vetterling, B. P. Flannery, Cambridge University Press (1992),
  44 //       2nd ed, pp. 240-245
  45
  46 #ifndef _GLIBCXX_TR1_BESSEL_FUNCTION_TCC
  47 #define _GLIBCXX_TR1_BESSEL_FUNCTION_TCC 1
  48
  49 #include "special_function_util.h"
  50
  51 namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default)
  52 {
  53 namespace tr1
  54 {
  55   // [5.2] Special functions
  56
  57   // Implementation-space details.
  58   namespace __detail
  59   {
  60   _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
  61
  62     /**
  63      *   @brief Compute the gamma functions required by the Temme series
  64      *          expansions of @f$ N_\nu(x) @f$ and @f$ K_\nu(x) @f$.
  65      *   @f[
  66      *     \Gamma_1 = \frac{1}{2\mu}
  67      *                [\frac{1}{\Gamma(1 - \mu)} - \frac{1}{\Gamma(1 + \mu)}]
  68      *   @f]
  69      *   and
  70      *   @f[
  71      *     \Gamma_2 = \frac{1}{2}
  72      *                [\frac{1}{\Gamma(1 - \mu)} + \frac{1}{\Gamma(1 + \mu)}]
  73      *   @f]
  74      *   where @f$ -1/2 <= \mu <= 1/2 @f$ is @f$ \mu = \nu - N @f$ and @f$ N @f$.
  75      *   is the nearest integer to @f$ \nu @f$.
  76      *   The values of \f$ \Gamma(1 + \mu) \f$ and \f$ \Gamma(1 - \mu) \f$
  77      *   are returned as well.
  78      *
  79      *   The accuracy requirements on this are exquisite.
  80      *
  81      *   @param __mu     The input parameter of the gamma functions.
  82      *   @param __gam1   The output function \f$ \Gamma_1(\mu) \f$
  83      *   @param __gam2   The output function \f$ \Gamma_2(\mu) \f$
  84      *   @param __gampl  The output function \f$ \Gamma(1 + \mu) \f$
  85      *   @param __gammi  The output function \f$ \Gamma(1 - \mu) \f$
  86      */
  87     template <typename _Tp>
  88     void
  89     __gamma_temme(const _Tp __mu,
  90                    _Tp & __gam1, _Tp & __gam2, _Tp & __gampl, _Tp & __gammi)
  91     {
  92 #if _GLIBCXX_USE_C99_MATH_TR1
  93       __gampl = _Tp(1) / std::tr1::tgamma(_Tp(1) + __mu);
  94       __gammi = _Tp(1) / std::tr1::tgamma(_Tp(1) - __mu);
  95 #else
  96       __gampl = _Tp(1) / __gamma(_Tp(1) + __mu);
  97       __gammi = _Tp(1) / __gamma(_Tp(1) - __mu);
  98 #endif
  99
 100       if (std::abs(__mu) < std::numeric_limits<_Tp>::epsilon())
 101         __gam1 = -_Tp(__numeric_constants<_Tp>::__gamma_e());
 102       else
 103         __gam1 = (__gammi - __gampl) / (_Tp(2) * __mu);
 104
 105       __gam2 = (__gammi + __gampl) / (_Tp(2));
 106
 107       return;
 108     }
 109
 110
 111     /**
 112      *   @brief  Compute the Bessel @f$ J_\nu(x) @f$ and Neumann
 113      *           @f$ N_\nu(x) @f$ functions and their first derivatives
 114      *           @f$ J'_\nu(x) @f$ and @f$ N'_\nu(x) @f$ respectively.
 115      *           These four functions are computed together for numerical
 116      *           stability.
 117      *
 118      *   @param  __nu  The order of the Bessel functions.
 119      *   @param  __x   The argument of the Bessel functions.
 120      *   @param  __Jnu  The output Bessel function of the first kind.
 121      *   @param  __Nnu  The output Neumann function (Bessel function of the second kind).
 122      *   @param  __Jpnu  The output derivative of the Bessel function of the first kind.
 123      *   @param  __Npnu  The output derivative of the Neumann function.
 124      */
 125     template <typename _Tp>
 126     void
 127     __bessel_jn(const _Tp __nu, const _Tp __x,
 128                 _Tp & __Jnu, _Tp & __Nnu, _Tp & __Jpnu, _Tp & __Npnu)
 129     {
 130       if (__x == _Tp(0))
 131         {
 132           if (__nu == _Tp(0))
 133             {
 134               __Jnu = _Tp(1);
 135               __Jpnu = _Tp(0);
 136             }
 137           else if (__nu == _Tp(1))
 138             {
 139               __Jnu = _Tp(0);
 140               __Jpnu = _Tp(0.5L);
 141             }
 142           else
 143             {
 144               __Jnu = _Tp(0);
 145               __Jpnu = _Tp(0);
 146             }
 147           __Nnu = -std::numeric_limits<_Tp>::infinity();
 148           __Npnu = std::numeric_limits<_Tp>::infinity();
 149           return;
 150         }
 151
 152       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
 153       //  When the multiplier is N i.e.
 154       //  fp_min = N * min()
 155       //  Then J_0 and N_0 tank at x = 8 * N (J_0 = 0 and N_0 = nan)!
 156       //const _Tp __fp_min = _Tp(20) * std::numeric_limits<_Tp>::min();
 157       const _Tp __fp_min = std::sqrt(std::numeric_limits<_Tp>::min());
 158       const int __max_iter = 15000;
 159       const _Tp __x_min = _Tp(2);
 160
 161       const int __nl = (__x < __x_min
 162                     ? static_cast<int>(__nu + _Tp(0.5L))
 163                     : std::max(0, static_cast<int>(__nu - __x + _Tp(1.5L))));
 164
 165       const _Tp __mu = __nu - __nl;
 166       const _Tp __mu2 = __mu * __mu;
 167       const _Tp __xi = _Tp(1) / __x;
 168       const _Tp __xi2 = _Tp(2) * __xi;
 169       _Tp __w = __xi2 / __numeric_constants<_Tp>::__pi();
 170       int __isign = 1;
 171       _Tp __h = __nu * __xi;
 172       if (__h < __fp_min)
 173         __h = __fp_min;
 174       _Tp __b = __xi2 * __nu;
 175       _Tp __d = _Tp(0);
 176       _Tp __c = __h;
 177       int __i;
 178       for (__i = 1; __i <= __max_iter; ++__i)
 179         {
 180           __b += __xi2;
 181           __d = __b - __d;
 182           if (std::abs(__d) < __fp_min)
 183             __d = __fp_min;
 184           __c = __b - _Tp(1) / __c;
 185           if (std::abs(__c) < __fp_min)
 186             __c = __fp_min;
 187           __d = _Tp(1) / __d;
 188           const _Tp __del = __c * __d;
 189           __h *= __del;
 190           if (__d < _Tp(0))
 191             __isign = -__isign;
 192           if (std::abs(__del - _Tp(1)) < __eps)
 193             break;
 194         }
 195       if (__i > __max_iter)
 196         std::__throw_runtime_error(__N("Argument x too large in __bessel_jn; "
 197                                        "try asymptotic expansion."));
 198       _Tp __Jnul = __isign * __fp_min;
 199       _Tp __Jpnul = __h * __Jnul;
 200       _Tp __Jnul1 = __Jnul;
 201       _Tp __Jpnu1 = __Jpnul;
 202       _Tp __fact = __nu * __xi;
 203       for ( int __l = __nl; __l >= 1; --__l )
 204         {
 205           const _Tp __Jnutemp = __fact * __Jnul + __Jpnul;
 206           __fact -= __xi;
 207           __Jpnul = __fact * __Jnutemp - __Jnul;
 208           __Jnul = __Jnutemp;
 209         }
 210       if (__Jnul == _Tp(0))
 211         __Jnul = __eps;
 212       _Tp __f= __Jpnul / __Jnul;
 213       _Tp __Nmu, __Nnu1, __Npmu, __Jmu;
 214       if (__x < __x_min)
 215         {
 216           const _Tp __x2 = __x / _Tp(2);
 217           const _Tp __pimu = __numeric_constants<_Tp>::__pi() * __mu;
 218           _Tp __fact = (std::abs(__pimu) < __eps
 219                       ? _Tp(1) : __pimu / std::sin(__pimu));
 220           _Tp __d = -std::log(__x2);
 221           _Tp __e = __mu * __d;
 222           _Tp __fact2 = (std::abs(__e) < __eps
 223                        ? _Tp(1) : std::sinh(__e) / __e);
 224           _Tp __gam1, __gam2, __gampl, __gammi;
 225           __gamma_temme(__mu, __gam1, __gam2, __gampl, __gammi);
 226           _Tp __ff = (_Tp(2) / __numeric_constants<_Tp>::__pi())
 227                    * __fact * (__gam1 * std::cosh(__e) + __gam2 * __fact2 * __d);
 228           __e = std::exp(__e);
 229           _Tp __p = __e / (__numeric_constants<_Tp>::__pi() * __gampl);
 230           _Tp __q = _Tp(1) / (__e * __numeric_constants<_Tp>::__pi() * __gammi);
 231           const _Tp __pimu2 = __pimu / _Tp(2);
 232           _Tp __fact3 = (std::abs(__pimu2) < __eps
 233                        ? _Tp(1) : std::sin(__pimu2) / __pimu2 );
 234           _Tp __r = __numeric_constants<_Tp>::__pi() * __pimu2 * __fact3 * __fact3;
 235           _Tp __c = _Tp(1);
 236           __d = -__x2 * __x2;
 237           _Tp __sum = __ff + __r * __q;
 238           _Tp __sum1 = __p;
 239           for (__i = 1; __i <= __max_iter; ++__i)
 240             {
 241               __ff = (__i * __ff + __p + __q) / (__i * __i - __mu2);
 242               __c *= __d / _Tp(__i);
 243               __p /= _Tp(__i) - __mu;
 244               __q /= _Tp(__i) + __mu;
 245               const _Tp __del = __c * (__ff + __r * __q);
 246               __sum += __del;
 247               const _Tp __del1 = __c * __p - __i * __del;
 248               __sum1 += __del1;
 249               if ( std::abs(__del) < __eps * (_Tp(1) + std::abs(__sum)) )
 250                 break;
 251             }
 252           if ( __i > __max_iter )
 253             std::__throw_runtime_error(__N("Bessel y series failed to converge "
 254                                            "in __bessel_jn."));
 255           __Nmu = -__sum;
 256           __Nnu1 = -__sum1 * __xi2;
 257           __Npmu = __mu * __xi * __Nmu - __Nnu1;
 258           __Jmu = __w / (__Npmu - __f * __Nmu);
 259         }
 260       else
 261         {
 262           _Tp __a = _Tp(0.25L) - __mu2;
 263           _Tp __q = _Tp(1);
 264           _Tp __p = -__xi / _Tp(2);
 265           _Tp __br = _Tp(2) * __x;
 266           _Tp __bi = _Tp(2);
 267           _Tp __fact = __a * __xi / (__p * __p + __q * __q);
 268           _Tp __cr = __br + __q * __fact;
 269           _Tp __ci = __bi + __p * __fact;
 270           _Tp __den = __br * __br + __bi * __bi;
 271           _Tp __dr = __br / __den;
 272           _Tp __di = -__bi / __den;
 273           _Tp __dlr = __cr * __dr - __ci * __di;
 274           _Tp __dli = __cr * __di + __ci * __dr;
 275           _Tp __temp = __p * __dlr - __q * __dli;
 276           __q = __p * __dli + __q * __dlr;
 277           __p = __temp;
 278           int __i;
 279           for (__i = 2; __i <= __max_iter; ++__i)
 280             {
 281               __a += _Tp(2 * (__i - 1));
 282               __bi += _Tp(2);
 283               __dr = __a * __dr + __br;
 284               __di = __a * __di + __bi;
 285               if (std::abs(__dr) + std::abs(__di) < __fp_min)
 286                 __dr = __fp_min;
 287               __fact = __a / (__cr * __cr + __ci * __ci);
 288               __cr = __br + __cr * __fact;
 289               __ci = __bi - __ci * __fact;
 290               if (std::abs(__cr) + std::abs(__ci) < __fp_min)
 291                 __cr = __fp_min;
 292               __den = __dr * __dr + __di * __di;
 293               __dr /= __den;
 294               __di /= -__den;
 295               __dlr = __cr * __dr - __ci * __di;
 296               __dli = __cr * __di + __ci * __dr;
 297               __temp = __p * __dlr - __q * __dli;
 298               __q = __p * __dli + __q * __dlr;
 299               __p = __temp;
 300               if (std::abs(__dlr - _Tp(1)) + std::abs(__dli) < __eps)
 301                 break;
 302           }
 303           if (__i > __max_iter)
 304             std::__throw_runtime_error(__N("Lentz's method failed "
 305                                            "in __bessel_jn."));
 306           const _Tp __gam = (__p - __f) / __q;
 307           __Jmu = std::sqrt(__w / ((__p - __f) * __gam + __q));
 308 #if _GLIBCXX_USE_C99_MATH_TR1
 309           __Jmu = std::tr1::copysign(__Jmu, __Jnul);
 310 #else
 311           if (__Jmu * __Jnul < _Tp(0))
 312             __Jmu = -__Jmu;
 313 #endif
 314           __Nmu = __gam * __Jmu;
 315           __Npmu = (__p + __q / __gam) * __Nmu;
 316           __Nnu1 = __mu * __xi * __Nmu - __Npmu;
 317       }
 318       __fact = __Jmu / __Jnul;
 319       __Jnu = __fact * __Jnul1;
 320       __Jpnu = __fact * __Jpnu1;
 321       for (__i = 1; __i <= __nl; ++__i)
 322         {
 323           const _Tp __Nnutemp = (__mu + __i) * __xi2 * __Nnu1 - __Nmu;
 324           __Nmu = __Nnu1;
 325           __Nnu1 = __Nnutemp;
 326         }
 327       __Nnu = __Nmu;
 328       __Npnu = __nu * __xi * __Nmu - __Nnu1;
 329
 330       return;
 331     }
 332
 333
 334     /**
 335      *   @brief This routine computes the asymptotic cylindrical Bessel
 336      *          and Neumann functions of order nu: \f$ J_{\nu} \f$,
 337      *          \f$ N_{\nu} \f$.
 338      *
 339      *   References:
 340      *    (1) Handbook of Mathematical Functions,
 341      *        ed. Milton Abramowitz and Irene A. Stegun,
 342      *        Dover Publications,
 343      *        Section 9 p. 364, Equations 9.2.5-9.2.10
 344      *
 345      *   @param  __nu  The order of the Bessel functions.
 346      *   @param  __x   The argument of the Bessel functions.
 347      *   @param  __Jnu  The output Bessel function of the first kind.
 348      *   @param  __Nnu  The output Neumann function (Bessel function of the second kind).
 349      */
 350     template <typename _Tp>
 351     void
 352     __cyl_bessel_jn_asymp(const _Tp __nu, const _Tp __x,
 353                           _Tp & __Jnu, _Tp & __Nnu)
 354     {
 355       const _Tp __coef = std::sqrt(_Tp(2)
 356                              / (__numeric_constants<_Tp>::__pi() * __x));
 357       const _Tp __mu   = _Tp(4) * __nu * __nu;
 358       const _Tp __mum1 = __mu - _Tp(1);
 359       const _Tp __mum9 = __mu - _Tp(9);
 360       const _Tp __mum25 = __mu - _Tp(25);
 361       const _Tp __mum49 = __mu - _Tp(49);
 362       const _Tp __xx = _Tp(64) * __x * __x;
 363       const _Tp __P = _Tp(1) - __mum1 * __mum9 / (_Tp(2) * __xx)
 364                     * (_Tp(1) - __mum25 * __mum49 / (_Tp(12) * __xx));
 365       const _Tp __Q = __mum1 / (_Tp(8) * __x)
 366                     * (_Tp(1) - __mum9 * __mum25 / (_Tp(6) * __xx));
 367
 368       const _Tp __chi = __x - (__nu + _Tp(0.5L))
 369                             * __numeric_constants<_Tp>::__pi_2();
 370       const _Tp __c = std::cos(__chi);
 371       const _Tp __s = std::sin(__chi);
 372
 373       __Jnu = __coef * (__c * __P - __s * __Q);
 374       __Nnu = __coef * (__s * __P + __c * __Q);
 375
 376       return;
 377     }
 378
 379
 380     /**
 381      *   @brief This routine returns the cylindrical Bessel functions
 382      *          of order \f$ \nu \f$: \f$ J_{\nu} \f$ or \f$ I_{\nu} \f$
 383      *          by series expansion.
 384      *
 385      *   The modified cylindrical Bessel function is:
 386      *   @f[
 387      *    Z_{\nu}(x) = \sum_{k=0}^{\infty}
 388      *              \frac{\sigma^k (x/2)^{\nu + 2k}}{k!\Gamma(\nu+k+1)}
 389      *   @f]
 390      *   where \f$ \sigma = +1 \f$ or\f$  -1 \f$ for
 391      *   \f$ Z = I \f$ or \f$ J \f$ respectively.
 392      *
 393      *   See Abramowitz & Stegun, 9.1.10
 394      *       Abramowitz & Stegun, 9.6.7
 395      *    (1) Handbook of Mathematical Functions,
 396      *        ed. Milton Abramowitz and Irene A. Stegun,
 397      *        Dover Publications,
 398      *        Equation 9.1.10 p. 360 and Equation 9.6.10 p. 375
 399      *
 400      *   @param  __nu  The order of the Bessel function.
 401      *   @param  __x   The argument of the Bessel function.
 402      *   @param  __sgn  The sign of the alternate terms
 403      *                  -1 for the Bessel function of the first kind.
 404      *                  +1 for the modified Bessel function of the first kind.
 405      *   @return  The output Bessel function.
 406      */
 407     template <typename _Tp>
 408     _Tp
 409     __cyl_bessel_ij_series(const _Tp __nu, const _Tp __x, const _Tp __sgn,
 410                            const unsigned int __max_iter)
 411     {
 412
 413       const _Tp __x2 = __x / _Tp(2);
 414       _Tp __fact = __nu * std::log(__x2);
 415 #if _GLIBCXX_USE_C99_MATH_TR1
 416       __fact -= std::tr1::lgamma(__nu + _Tp(1));
 417 #else
 418       __fact -= __log_gamma(__nu + _Tp(1));
 419 #endif
 420       __fact = std::exp(__fact);
 421       const _Tp __xx4 = __sgn * __x2 * __x2;
 422       _Tp __Jn = _Tp(1);
 423       _Tp __term = _Tp(1);
 424
 425       for (unsigned int __i = 1; __i < __max_iter; ++__i)
 426         {
 427           __term *= __xx4 / (_Tp(__i) * (__nu + _Tp(__i)));
 428           __Jn += __term;
 429           if (std::abs(__term / __Jn) < std::numeric_limits<_Tp>::epsilon())
 430             break;
 431         }
 432
 433       return __fact * __Jn;
 434     }
 435
 436
 437     /**
 438      *   @brief  Return the Bessel function of order \f$ \nu \f$:
 439      *           \f$ J_{\nu}(x) \f$.
 440      *
 441      *   The cylindrical Bessel function is:
 442      *   @f[
 443      *    J_{\nu}(x) = \sum_{k=0}^{\infty}
 444      *              \frac{(-1)^k (x/2)^{\nu + 2k}}{k!\Gamma(\nu+k+1)}
 445      *   @f]
 446      *
 447      *   @param  __nu  The order of the Bessel function.
 448      *   @param  __x   The argument of the Bessel function.
 449      *   @return  The output Bessel function.
 450      */
 451     template<typename _Tp>
 452     _Tp
 453     __cyl_bessel_j(const _Tp __nu, const _Tp __x)
 454     {
 455       if (__nu < _Tp(0) || __x < _Tp(0))
 456         std::__throw_domain_error(__N("Bad argument "
 457                                       "in __cyl_bessel_j."));
 458       else if (__isnan(__nu) || __isnan(__x))
 459         return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
 460       else if (__x * __x < _Tp(10) * (__nu + _Tp(1)))
 461         return __cyl_bessel_ij_series(__nu, __x, -_Tp(1), 200);
 462       else if (__x > _Tp(1000))
 463         {
 464           _Tp __J_nu, __N_nu;
 465           __cyl_bessel_jn_asymp(__nu, __x, __J_nu, __N_nu);
 466           return __J_nu;
 467         }
 468       else
 469         {
 470           _Tp __J_nu, __N_nu, __Jp_nu, __Np_nu;
 471           __bessel_jn(__nu, __x, __J_nu, __N_nu, __Jp_nu, __Np_nu);
 472           return __J_nu;
 473         }
 474     }
 475
 476
 477     /**
 478      *   @brief  Return the Neumann function of order \f$ \nu \f$:
 479      *           \f$ N_{\nu}(x) \f$.
 480      *
 481      *   The Neumann function is defined by:
 482      *   @f[
 483      *      N_{\nu}(x) = \frac{J_{\nu}(x) \cos \nu\pi - J_{-\nu}(x)}
 484      *                        {\sin \nu\pi}
 485      *   @f]
 486      *   where for integral \f$ \nu = n \f$ a limit is taken:
 487      *   \f$ lim_{\nu \to n} \f$.
 488      *
 489      *   @param  __nu  The order of the Neumann function.
 490      *   @param  __x   The argument of the Neumann function.
 491      *   @return  The output Neumann function.
 492      */
 493     template<typename _Tp>
 494     _Tp
 495     __cyl_neumann_n(const _Tp __nu, const _Tp __x)
 496     {
 497       if (__nu < _Tp(0) || __x < _Tp(0))
 498         std::__throw_domain_error(__N("Bad argument "
 499                                       "in __cyl_neumann_n."));
 500       else if (__isnan(__nu) || __isnan(__x))
 501         return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
 502       else if (__x > _Tp(1000))
 503         {
 504           _Tp __J_nu, __N_nu;
 505           __cyl_bessel_jn_asymp(__nu, __x, __J_nu, __N_nu);
 506           return __N_nu;
 507         }
 508       else
 509         {
 510           _Tp __J_nu, __N_nu, __Jp_nu, __Np_nu;
 511           __bessel_jn(__nu, __x, __J_nu, __N_nu, __Jp_nu, __Np_nu);
 512           return __N_nu;
 513         }
 514     }
 515
 516
 517     /**
 518      *   @brief  Compute the spherical Bessel @f$ j_n(x) @f$
 519      *           and Neumann @f$ n_n(x) @f$ functions and their first
 520      *           derivatives @f$ j'_n(x) @f$ and @f$ n'_n(x) @f$
 521      *           respectively.
 522      *
 523      *   @param  __n  The order of the spherical Bessel function.
 524      *   @param  __x  The argument of the spherical Bessel function.
 525      *   @param  __j_n  The output spherical Bessel function.
 526      *   @param  __n_n  The output spherical Neumann function.
 527      *   @param  __jp_n The output derivative of the spherical Bessel function.
 528      *   @param  __np_n The output derivative of the spherical Neumann function.
 529      */
 530     template <typename _Tp>
 531     void
 532     __sph_bessel_jn(const unsigned int __n, const _Tp __x,
 533                     _Tp & __j_n, _Tp & __n_n, _Tp & __jp_n, _Tp & __np_n)
 534     {
 535       const _Tp __nu = _Tp(__n) + _Tp(0.5L);
 536
 537       _Tp __J_nu, __N_nu, __Jp_nu, __Np_nu;
 538       __bessel_jn(__nu, __x, __J_nu, __N_nu, __Jp_nu, __Np_nu);
 539
 540       const _Tp __factor = __numeric_constants<_Tp>::__sqrtpio2()
 541                          / std::sqrt(__x);
 542
 543       __j_n = __factor * __J_nu;
 544       __n_n = __factor * __N_nu;
 545       __jp_n = __factor * __Jp_nu - __j_n / (_Tp(2) * __x);
 546       __np_n = __factor * __Np_nu - __n_n / (_Tp(2) * __x);
 547
 548       return;
 549     }
 550
 551
 552     /**
 553      *   @brief  Return the spherical Bessel function
 554      *           @f$ j_n(x) @f$ of order n.
 555      *
 556      *   The spherical Bessel function is defined by:
 557      *   @f[
 558      *    j_n(x) = \left( \frac{\pi}{2x} \right) ^{1/2} J_{n+1/2}(x)
 559      *   @f]
 560      *
 561      *   @param  __n  The order of the spherical Bessel function.
 562      *   @param  __x  The argument of the spherical Bessel function.
 563      *   @return  The output spherical Bessel function.
 564      */
 565     template <typename _Tp>
 566     _Tp
 567     __sph_bessel(const unsigned int __n, const _Tp __x)
 568     {
 569       if (__x < _Tp(0))
 570         std::__throw_domain_error(__N("Bad argument "
 571                                       "in __sph_bessel."));
 572       else if (__isnan(__x))
 573         return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
 574       else if (__x == _Tp(0))
 575         {
 576           if (__n == 0)
 577             return _Tp(1);
 578           else
 579             return _Tp(0);
 580         }
 581       else
 582         {
 583           _Tp __j_n, __n_n, __jp_n, __np_n;
 584           __sph_bessel_jn(__n, __x, __j_n, __n_n, __jp_n, __np_n);
 585           return __j_n;
 586         }
 587     }
 588
 589
 590     /**
 591      *   @brief  Return the spherical Neumann function
 592      *           @f$ n_n(x) @f$.
 593      *
 594      *   The spherical Neumann function is defined by:
 595      *   @f[
 596      *    n_n(x) = \left( \frac{\pi}{2x} \right) ^{1/2} N_{n+1/2}(x)
 597      *   @f]
 598      *
 599      *   @param  __n  The order of the spherical Neumann function.
 600      *   @param  __x  The argument of the spherical Neumann function.
 601      *   @return  The output spherical Neumann function.
 602      */
 603     template <typename _Tp>
 604     _Tp
 605     __sph_neumann(const unsigned int __n, const _Tp __x)
 606     {
 607       if (__x < _Tp(0))
 608         std::__throw_domain_error(__N("Bad argument "
 609                                       "in __sph_neumann."));
 610       else if (__isnan(__x))
 611         return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
 612       else if (__x == _Tp(0))
 613         return -std::numeric_limits<_Tp>::infinity();
 614       else
 615         {
 616           _Tp __j_n, __n_n, __jp_n, __np_n;
 617           __sph_bessel_jn(__n, __x, __j_n, __n_n, __jp_n, __np_n);
 618           return __n_n;
 619         }
 620     }
 621
 622   _GLIBCXX_END_NAMESPACE_VERSION
 623   } // namespace std::tr1::__detail
 624 }
 625 }
 626
 627 #endif // _GLIBCXX_TR1_BESSEL_FUNCTION_TCC